Окаменелость Microdocodon gracilis возрастом 165 миллионов лет, крошечного животного, похожего на землеройку, демонстрирует самый ранний образец современной подъязычной кости в эволюции млекопитающих.
Подъязычные кости соединяют заднюю часть рта или глотки с отверстиями пищевода и гортани. Подъязычная кость современных млекопитающих, в том числе и человека, устроена в форме буквы «U», подобно седлу детских качелей, подвешенных на сочлененных сегментах к черепу. Он помогает нам транспортировать и проглатывать пережеванную пищу и жидкость - важнейшая функция, от которой зависят наши средства к существованию.
Млекопитающие в целом гораздо более изощренны, чем другие живые позвоночные, пережевывая пищу и проглатывая ее по одному маленькому кусочку за раз, вместо того, чтобы глотать огромные куски или всю добычу, как аллигатор.
«Сегодня млекопитающие стали такими разнообразными благодаря эволюции различных способов пережевывания пищи, будь то насекомые, черви, мясо или растения. точно так же», - сказал Чжэ-Си Луо, доктор философии, профессор органической биологии и анатомии в Чикагском университете и старший автор нового исследования окаменелости, опубликованного на этой неделе в журнале Science.
«По сути, особый способ млекопитающих жевать, а затем глотать стал возможен благодаря подвижным подъязычным костям в задней части горла», - сказал Луо.
'Превосходная, красивая окаменелость'
Этот современный подъязычный аппарат подвижен и позволяет мышцам горла контролировать сложные функции транспортировки и проглатывания пережеванной пищи или жидкости. Другие позвоночные также имеют подъязычные кости, но подъязычные кости у них простые, палочковидные, без подвижных суставов между сегментами. Они могут глотать пищу только целиком или большими кусками.
Когда и как эта уникальная структура подъязычной кости впервые появилась у млекопитающих, палеонтологи уже давно ставят под сомнение. В 2014 году Чан-Фу Чжоу, доктор философии, из Палеонтологического музея Ляонина в Китае, ведущий автор нового исследования, обнаружил новую окаменелость Microdocodon, сохранившуюся с тонкими подъязычными костями, в знаменитом юрском поселении Даохугоу на северо-востоке Китая. Вскоре после этого Луо и Томас Мартин из Боннского университета в Германии встретились с Чжоу в Китае, чтобы изучить окаменелость.
"Это первозданная, красивая окаменелость. Я был поражен прекрасной сохранностью этой крошечной окаменелости с первого взгляда. Мы почувствовали, что она необычна, но мы были озадачены тем, что же в ней было необычного, - сказал Луо. «После детальных фотографий и изучения окаменелости под микроскопом до нас дошло, что это юрское животное имеет крошечные подъязычные кости, очень похожие на кости современных млекопитающих."
Это новое понимание дало Луо и его коллегам дополнительную информацию о том, как изучать новую окаменелость. Микродокодон - это докодонт из вымершей линии близких родственников млекопитающих мезозойской эры, называемых формами млекопитающих. Ранее палеонтологи предполагали, что подобные подъязычные кости должны были быть у всех этих ранних млекопитающих, но было трудно идентифицировать тонкие кости. Обнаружив их у Microdocodon, Луо и его сотрудники с тех пор обнаружили аналогичные окаменелые структуры подъязычной кости у других мезозойских млекопитающих.
«Теперь мы впервые можем обратиться к тому, как решающая функция глотания развилась у ранних млекопитающих из палеонтологической летописи», - сказал Луо. «Крошечные подъязычные кости Microdocodon - важная веха в интерпретации эволюции функции питания млекопитающих».
Новые взгляды на эволюцию млекопитающих в целом
Луо также работал с постдокторантом Бхартом-Анджаном Бхулларом, доктором философии, который сейчас работает на факультете Йельского университета, и Эйприл Неандер, научным художником и экспертом по компьютерной визуализации окаменелостей в Калифорнийском университете в Чикаго, над изучением слепков микродокодона и реконструкцией. как оно жило.
Челюсть и среднее ухо современных млекопитающих развиваются из (или вокруг) первой глоточной дуги, структур эмбриона позвоночного, которые развиваются в другие узнаваемые кости и ткани. При этом подъязычные кости развиваются отдельно от второй и третьей глоточных дуг. Микродокодон имеет примитивное среднее ухо, все еще прикрепленное к челюсти, как и у других ранних млекопитающих, таких как цинодонты, что не похоже на ухо современных млекопитающих. Но его подъязычная кость уже похожа на таковую у современных млекопитающих.
«Подъязычная кость и ушные кости - все производные от первичных позвоночных рта и жаберного скелета, с помощью которых наши самые ранние рыбоподобные предки питались и дышали», - сказал Бхуллар. «Сочлененная, подвижная подъязычная кость Microdocodon сосуществует с архаичным средним ухом, все еще прикрепленным к нижней челюсти. Следовательно, создание современного млекопитающего повлекло за собой последовательное перепрофилирование действительно древней системы».
Крошечное, похожее на землеройку существо, вероятно, весило всего от 5 до 9 граммов, с тонким телом и исключительно длинным хвостом. Размеры костей его конечностей совпадают с размерами костей современных обитателей деревьев.
«Кости его конечностей тонкие, как спички, и все же это крошечное мезозойское млекопитающее все еще вело активную жизнь на деревьях», - сказал Неандер.
Ископаемые пласты, в которых обнаружен микродокодон, датируются от 164 до 166 миллионов лет. Микродокодон сосуществовал с другими докодонтами, такими как полуводный Castorocauda, подземный Docofossor, обитающий на деревьях Agilodocodon, а также некоторые планеры в форме млекопитающих.