Изучение физических особенностей давно вымерших существ продолжает приносить удивительные новые знания о том, как эволюция воспитывает черты, необходимые для выживания в различных средах. Показательным примером являются плакодонты, в частности, зубы плакодонов, о которых Стефани Крофтс, постдокторский исследователь NJIT, написала в статье, недавно опубликованной в журнале Paleobiology. В настоящее время Крофтс работает с доцентом биологических наук Брук Фламманг в ее лаборатории в Центральном здании Кинг-билдинг и является соавтором книги «Морфология окклюзионной поверхности зубов у дурофагов морских рептилий Placodontia (Reptilia: Sauropterygia)."
Плакодонты, группа вымерших морских рептилий, жили в начале триасового периода, в начале эпохи динозавров, около 250 миллионов лет назад. Они процветали на мелководье, которое разделяло древний суперконтинент Пангею. Их окаменелости были найдены в Германии, Швейцарии и Италии, а новые образцы обнаруживаются в Китае.
У всех плакодонтов есть зубы на верхней и нижней челюстях, а также набор зубов, выстилающих нёбо. Но на протяжении своей эволюционной истории, объясняет Крофтс, у плакодонтов развились специализированные «дробящие» зубы, хорошо подходящие для поедания «твердой добычи» существ, обитавших в их среде обитания, - существ с толстыми панцирями, таких как моллюски или мидии.
Эволюционные предки плакодонтов имели длинные заостренные зубы даже на нёбе, особенно подходящие для ловли добычи с мягким телом. Напротив, плакодонты легко идентифицируются по их дробящим зубам, выпуклым у ранних плакодонтов и уплощенным у видов, которые встречаются позже в эволюционной линии. Основной вопрос для Крофтса: насколько хорошо функционировали эти зубы, и достигли ли более поздние плакодонты «оптимального» дробящего зуба?
Международное расследование
Работая с международной командой коллег, с которыми она познакомилась до прихода в NJIT в 2016 году, Крофтс посетила музеи по всей Европе, чтобы собрать данные о форме зубов плакодонов. Сотрудниками Крофтса были Джеймс Нинан, научный сотрудник Оксфордского музея естественной истории в Англии, Торстен Шейер, доцент Палеонтологического института и музея Цюрихского университета, и Адам Саммерс, профессор кафедры биологии Вашингтонского университета и глава из лаборатории сравнительной биомеханики позвоночных на морской полевой станции университета, Лаборатории Фрайдей-Харбор. Их исследовательская работа стала возможной благодаря финансированию Общества палеонтологии позвоночных, Вашингтонского университета, Национального научного фонда и Швейцарского национального научного фонда.
Во время своего путешествия Крофтс сравнила формы зубов плакодонтов в музейных коллекциях с моделями, которые проверяли, насколько эффективно зубы разбивают раковины и насколько хорошо они сопротивляются разрушению под давлением. Основываясь на этих моделях, Крофтс и ее команда смогли предсказать, что у плакодонтов должна была развиться слегка закругленная поверхность зубов, которая могла бы эффективно разрушать раковины, не повреждая сам зуб. В то время как некоторые более поздние плакодонты делали именно это, эволюция снабдила последние известные экземпляры этих существ зубами, которые имели совершенно другие и очень интригующие характеристики.
Вместо предсказанного оптимального зуба у этой группы плакодонтов развилась сложная зубная поверхность с неглубокой серповидной бороздой, окружающей небольшой выступ на основных дробящих зубах. Как предполагают Крофтс и ее сотрудники в статье «Палеобиология», эта структура зуба, возможно, работала аналогично функции, предложенной для коренных зубов раннего гоминина - с бороздой, удерживающей добычу на месте, в то время как маленький бугорок прикладывает силу, необходимую для прорыва через зуб жертвы. оболочка. Кроме того, Нинан и Шейер продемонстрировали, что у этой же группы плакодонтов смена зубов происходит медленнее, вероятно, потому, что изменения в форме зубов защищают зуб от разрушения.
Палеонтологические взгляды
Крофтс, защитившая докторскую диссертацию. в Вашингтонском университете в 2016 году, привносит палеонтологическую перспективу и интерес к эволюции функциональной морфологии в расширяющийся спектр исследований, проводимых в Лаборатории движения жидкости Фламманга. Фламманг является директором-основателем лаборатории и с помощью Крофтса и других коллег изучает междисциплинарные морские силовые установки природы. Крофтс заинтересовалась вакансией постдока, доступной в NJIT, когда она встретила Фламманга, когда они оба проходили курс в Университете Брауна по рентгеновской реконструкции движущейся морфологии (XROMM), передовой технике для создания высокодетализированного 3D-видео движения скелета.
Текущая работа Крофтса в NJIT объединяет сравнительную анатомию и физиологию, биомеханику, гидродинамику и использование биологически вдохновленных роботизированных устройств для изучения того, как водные организмы взаимодействуют с окружающей средой и определяют эволюцию морфологии и функций. Помимо увеличения фонда фундаментальных научных знаний, эта работа имеет значение для проектирования различных типов подводных аппаратов, в том числе полностью автономных аппаратов.
Размышляя о своих исследованиях с участием плакодонтов, Крофтс говорит, что это «окно в сложности и возможности», присущие процессу эволюции. Плакодонты, о которых она изучала и о которых писала, были удивлены тем, что их зубы очень сильно отличались от тех, которые эволюционировали у других родственных видов. В NJIT Крофтс продолжает поиск нового понимания того, как эволюция формирует функциональные отношения всех существ, включая людей, с окружающим миром.