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研究发现青蛙在进化过程中牙齿脱落超过20次 在几百万年重新进化出牙齿

研究发现青蛙在进化过程中牙齿脱落超过20次在几百万年重新进化出牙齿

研究发现青蛙在进化过程中牙齿脱落超过20次在几百万年重新进化出牙齿

研究发现青蛙在进化过程中牙齿脱落超过20次在几百万年重新进化出牙齿

研究发现青蛙在进化过程中牙齿脱落超过20次在几百万年重新进化出牙齿

研究发现青蛙在进化过程中牙齿脱落超过20次在几百万年重新进化出牙齿

研究发现青蛙在进化过程中牙齿脱落超过20次在几百万年重新进化出牙齿

研究发现青蛙在进化过程中牙齿脱落超过20次在几百万年重新进化出牙齿

据cnBeta:外媒报道,科学家们早就知道,青蛙的牙齿非常奇怪。有些动物的上颚和上颚上长有细小的牙齿,有些则有尖牙状的结构,有些则完全没有牙齿。在7000多种蛙类中,只有一种青蛙在上下颌骨上都有真正的牙齿。

现在,首次对青蛙牙齿进化的全面研究使该群体的牙齿历史成为焦点。佛罗里达自然历史博物馆的研究人员分析了几乎所有现存两栖类动物的CT扫描结果,结果发现青蛙在进化过程中牙齿脱落超过20次,这比其他任何脊椎动物都要多。一些蛙类甚至在几百万年前失去牙齿后重新进化了牙齿。

研究人员还发现,青蛙牙齿的缺失跟专门以蚂蚁和白蚁等小昆虫为食之间存在关联。他们对青蛙的两栖类近亲--蝾螈和一种鲜为人知的蠕虫状动物--进行了分析,结果显示,在整个进化历史中,这些蛙类的上下颌骨上都保留着牙齿。

“通过这项研究,我们确实能够证明脊椎动物的牙齿丢失在很大程度上是青蛙的故事,有超过20个独立的牙齿丢失,”该研究的主要作者、佛罗里达大学生物系博士候选人Daniel Paluh说道,“只有其他八种脊椎动物--包括海马、海龟、鸟类和一些哺乳动物也进化出了无牙现象。”

牙齿最早在4亿年前进化,其迅速为拥有它们的动物赋予了竞争优势,另外还引发了鲨鱼、硬骨鱼类的多样化发展并最终带来了最早出现在陆地上的脊椎动物。

纵观漫长的历史,牙齿一直是脊椎动物进化的重要组成部分,然而有些种群没有牙齿也照样活得很好。大约1亿年前,随着喙的出现,鸟类失去了牙齿,而已知最大的脊椎动物蓝鲸和最小的新几内亚青蛙也都完全没有牙齿。

然很少有研究人员专注于研究青蛙的牙齿,原因很简单,它们非常小。

“如果你打开一只青蛙的嘴,即使它们有牙齿,你可能也看不到它们,因为它们通常不到一毫米长,”或比铅笔尖还小,Paluh说道。

然而这并没有阻止一些人尝试。19世纪著名的古生物学家Edward Cope在研究蛙类物种之间的关系时将所有没有牙齿的蛙类归为一组,他将其称之为蟾形目(Bufoniformia)。

研究人员利用现代基因技术发现,蟾形目中的物种实际上并不是近亲,这表明在青蛙进化过程中,牙齿的脱落不止一次。但故事却在那里停滞了。

在过去,准确地确定哪些青蛙有牙齿需要艰苦的工作,并且由于青蛙是一个高度多样化的群体,所以对它们的牙齿进行全面评估是一项艰巨的任务。

但Paluh和他的同事们有一个主要的优势:佛罗里达博物馆领导着一项大规模的多机构合作,即对2万个脊椎动物标本进行CT扫描,这使得研究人员能够以以前不可能的方式研究动物。

这项名为oVert的项目允许任何人通过互联网访问从扫描中得到的3D模型,这些模型描绘了生物体的不同特征--包括骨骼、脉管系统、内部器官、肌肉组织和牙齿。对Paluh来说,这意味着他实际上可以看到一只青蛙的裂口。

Paluh和博物馆Blackburn实验室的其他成员在COVID-19封锁期间远程工作,他们使用oVert扫描进行了这项研究。为了更清楚地了解牙齿随时间的变化,研究人员研究了所有两栖动物的代表。他们利用之前发表的一份基于遗传数据的两栖动物进化关系地图分析了牙齿随时间流失的模式。

佛罗里达博物馆爬虫学馆长、Paluh的顾问、该研究的论文资深作者David Blackburn表示,这项研究提供了一个强有力的例子,这表明可以用开放获取的数据完成这项研究

Blackburn说道:“我们有效地将整个实验室的数据收集工作进行了众包,包括当时不在美国的人员。”

Paluh指出,他们的研究结果显示,青蛙在进化过程中并不会失去牙齿,而是经历了“猖獗的牙齿脱落”,它们就像蟾蜍和毒箭蛙一样成群地脱落牙齿。

研究小组还指出,青蛙牙齿的存在或缺失跟它们的饮食习惯密切相关。虽然很多种类的青蛙的饮食信息都很匮乏,但研究人员发现了以小昆虫为食和牙齿缺乏之间的联系。

Paluh表示:“下颌有这些牙齿来捕捉和抓住猎物变得不那么重要了,因为它们吃的是非常小的无脊椎动物,它们可以用高度改良的舌头把它们叼进嘴里。这似乎可以放松维持牙齿的选择压力。”

比如一些没有牙齿的箭毒蛙已经进化成主要以产生有毒化合物的蚂蚁和螨虫为食,用它们黏糊糊的投射性舌头抓住猎物然后整个吞下去。青蛙能够储存来自食物来源的毒素并将它们用于自己的用途,它们会通过皮肤分泌这种化合物来抵御捕食者。而澳大利亚的一种无牙穴居动物--龟蛙则在白蚁巢内迷宫般的地下通道中穿梭,以猎食建造巢穴的昆虫为生。

对于以蚂蚁和白蚁为食的哺乳动物来说牙齿似乎是多余的。穿山甲和食蚁兽都没有牙齿,它们有高度专门的舌头来探测蚂蚁和白蚁的巢穴。

关于青蛙的牙齿生物学还有很多问题,包括调节牙齿产生的基因是如何开启和关闭的。Paluh表示,目前还不清楚恢复这些特征的青蛙身上的锯齿状牙齿结构是否真的是牙齿。为了确定这一点,科学家需要对这些结构展开更深入的研究以寻找牙釉质和其他关键特征的存在。

Blackburn称,虽然像在oVert项目中使用的创新技术已经开始强调这类知识的差距和局限性,但它们也为该领域的新发现打开了大门。

据悉,研究人已在《eLife》上发表了他们的发现。

机器头条新闻 news.ji-qi.com)综合整理。

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