Fossile Zähne, die 439 Millionen Jahre alt sind, stellen langjährige Ansichten über die Evolution auf den Kopf

Volumetrische Rekonstruktion einer Zahnprothese im Hinblick auf ihren lingualen Aspekt (Gesamtmuster von Qianodus Dupis). Die Probe ist mehr als 2 mm lang. Bildnachweis: Chu et al.

Die seltenen fossilen Zähne aus China veränderten die Ansichten der Wissenschaftler über die Evolution der Wirbeltiere.

Ein internationales Team von Wissenschaftlern hat die Überreste von Zahnfischen entdeckt, die 439 Millionen Jahre alt sind, was darauf hindeutet, dass die Vorfahren von Chondrichthyanen (Haie und Rochen) und Gehörknöchelchen (Rochen und Lappenflossenfische) viel früher entstanden sind als bisher angenommen.

Die Ergebnisse wurden kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift veröffentlicht Natur temperieren.

An einem abgelegenen Ort in der südchinesischen Provinz Guizhou wurden bemerkenswerte Fossilien entdeckt, darunter einzelne Zähne, die als zu einer neuen Art (Qianodus doubleis) primitiver Kieferwirbeltiere aus der alten silurischen Zeit (vor etwa 445 bis 420 Millionen Jahren) gehörend identifiziert wurden. Qianodus, benannt nach dem alten Namen des heutigen Guizhou, hatte ungewöhnliche schneckenartige Zahnelemente mit mehreren Generationen von Zähnen, die während des gesamten Lebens des Tieres eingesetzt wurden.

Rekonstruktion eines schwimmenden Qianodus doubleis. Kredit: IVPP

Eines der seltensten Fossilien, die an dieser Stelle gefunden wurden, waren die dentalen Spirochäten (oder Zephyten) von Qianodus. Aufgrund seiner geringen Größe, die selten 2,5 mm überschreitet, musste es unter Vergrößerung mit sichtbarem Licht und Röntgenstrahlen untersucht werden.

Ein bemerkenswertes Merkmal der Krümel war, dass sie ein Paar Zahnreihen aufwiesen, die in einem erhöhten mittleren Bereich von der Basis der Polster angeordnet waren. Diese sogenannten Milchzähne zeigen ein allmähliches Größenwachstum, wenn sie sich dem inneren (lingualen) Wurm nähern. Der markante Versatz zwischen den beiden Milchzahnreihen unterscheidet Qianodus-Blüten von denen anderer Wirbeltiere. Obwohl bisher nicht in den Zahnpolstern fossiler Arten nachgewiesen, ist eine ähnliche Anordnung proximaler Zahnreihen auch in den Zähnen vieler moderner Haie vorhanden.

Hypothetischer Schnitt entlang der Länge des Zahnwirbels in Seitenansicht (umfassender Typ von Qianodus Duplicis). Die Probe ist mehr als 2 mm lang. Bildnachweis: Chu et al.

Die Entdeckung weist darauf hin, dass bekannte Gruppen von Kieferwirbeltieren aus dem sogenannten „Fischzeitalter“ (vor 420 bis 460 Millionen Jahren) tatsächlich vor etwa 20 Millionen Jahren entstanden sind.

„Qianodus liefert uns den ersten konkreten Beweis für Zähne und Verlängerungskiefer aus dieser kritischen frühen Phase der Wirbeltierevolution“, sagte Li Qiang von der Qujing Normal University.

Im Gegensatz zu den Zähnen moderner Haie, die ständig ausfallen, glauben Forscher, dass Qianodus-Zahnpolster im Mund verblieben und mit dem Wachstum des Tieres an Größe zunahmen. Diese Erklärung erklärt die allmähliche Vergrößerung der Ersatzzähne und die Verbreiterung der Kieferbasis als Reaktion auf die kontinuierliche Zunahme der Kiefergröße während der Entwicklung.

Der Schlüssel zur Rekonstruktion des Blasenwachstums waren für die Forscher zwei Proben in einem frühen Stadium der Entstehung, die leicht an ihren deutlich kleineren Größen und weniger Zähnen zu erkennen sind. Ein Vergleich mit den zahlreichsten reifen Bläschen hat Paläontologen seltene Einblicke in die Evolutionsmechanik früher Wirbeltierzähne geliefert. Diese Beobachtungen deuten darauf hin, dass die ersten Milchzähne gebildet wurden, während die seitlichen (zusätzlichen) Zähne später in der Evolution hinzugefügt wurden.

Wiederaufbau Qianodus dupis, Primitive Kieferwirbeltiere. Bildnachweis: Zhang Heming

„Trotz ihrer charakteristischen Merkmale wurden Zahnzifferblätter in vielen ausgestorbenen Abstammungslinien von Knorpel- und Osteoklasten gefunden“, sagte Plamen Andreev, Hauptautor der Studie. „Einige der frühen Knorpel bauten ihre Zähne sogar vollständig aus eng beieinander liegenden Zinken.“

Forscher behaupten, dass dies auch bei Qianodus der Fall war. Sie kamen zu diesem Schluss, nachdem sie winzige Bläschen (1-2 mm lang) von einer neuen Art von Synchrotronstrahlung untersucht hatten – einem CT-Scanverfahren, das hochenergetische Röntgenstrahlen aus einem Teilchenbeschleuniger verwendet.

Professor Chu Min vom Institut für Wirbeltierpaläontologie und Paläoanthropologie in Chinesische Akademie der Wissenschaft.

Diese Beobachtungen werden durch einen phylogenetischen Baum gestützt, der Qianodus als nahen Verwandten der ausgestorbenen Chondrichthya-Gruppen auf Wirbelbasis identifiziert.

„Unser modifizierter Zeitplan für den Ursprung der Hauptgruppen von Kieferwirbeltieren stimmt mit der Ansicht überein, dass ihre anfängliche Diversifizierung in der frühen Silur-Zeit stattfand“, sagte Professor ZHU.

Die Entdeckung von Qianodus liefert konkrete Hinweise auf bezahnte, haiähnliche Wirbeltiere, die zig Millionen Jahre älter sind als bisher angenommen. Die in der Studie vorgestellte genetische Analyse definiert Qianodus als ein Chondrichthya-Urtier, was bedeutet, dass Kieferfische im unteren Silur bereits sehr vielfältig waren und kurz nach der Evolution der Skelettmineralisierung in den Ahnenlinien der kieferlosen Wirbeltiere auftauchten.

Evan Sansom, Co-Autor der Studie, sagte: Universität Birmingham.

Referenz: „Die ältesten Gnathostomenzähne“ von Plamen S. Andreev und Evan J. Natur temperieren.
DOI: 10.1038 / s41586-022-05166-2