Исследования окаменелостей показывают, как эволюционировали бивни — они возникли у «очень странных животных», называемых дицинодонтами

Большинство людей представляют себе слона, когда думают о животных с бивнями. Но у многих других животных есть бивни, включая бородавочников, бегемотов, арктических моржей и даже у животного, похожего на морскую свинку, называемое даманом. Хотя размер животных и их клыки могут варьироваться, все они имеют одну общую черту: они встречаются только у млекопитающих. Неизвестны рыбы, рептилии или птицы с клыками. Несмотря на то, что это знаковая особенность современных и ископаемых млекопитающих, остается загадкой, какие эволюционные шаги привели к развитию этого феномена и почему сегодня млекопитающие — единственные животные с бивнями?

В новой статье, опубликованной в Proceedings of the Royal Society B, исследователи прослеживают первые бивни, восходящие к древним родственникам млекопитающих, которые жили до динозавров, и проливают свет на эволюцию бивней млекопитающих, впервые определяя, что делает бивень таким уникальным.

«Бивни — это очень известная анатомия, но пока я не начала работать над этим исследованием, я никогда особо не задумывалась о том, что бивни могут быть только у млекопитающих», — сказала ведущий автор работы Меган Уитни, научный сотрудник кафедры органической и эволюционной биологии Гарвардского университета.

«Мы смогли показать, что первые бивни принадлежали животным, которые появились раньше современных млекопитающих, которых называли дицинодонтами. Это очень странные животные».

Дицинодонты, хоть и не были млекопитающими, являются их дальними родственниками и более тесно связаны с млекопитающими, чем динозавры и другие рептилии.

Дицинодонты жили между 270–201 миллионами лет назад и включали разнообразных животных от крошечных крысоподобных дицинодонтов до огромных дицинодонтов размером со слона. Они известны очень своеобразным расположением зубов.

Отличительной чертой этих животных, впервые обнаруженных 176 лет назад, являются выступающие клыки в их верхней челюсти. У большинства из них было два верхних клыка, которые спускались вниз от положения клыка, но у них редко были дополнительные зубы. Вместо этого у дицинодонтов был клюв в передней части рта, состоящий из кератина и напоминающий клюв черепахи.

Не все выступающие зубы технически являются бивнями. “Мы должны были определить — что такое бивень, потому что это удивительно двусмысленный термин”, — говорят ученые. Исследователи определили, что для того, чтобы зуб был бивнем, он должен выходить изо рта, состоять полностью из дентина и он постоянно растет.

Исследователи выполнили палеогистологию (исследование ископаемых тканей) на тонких, как бумага, срезах окаменелых зубов 19 экземпляров дицинодонтов, представляющих десять различных видов. Они использовали микро-КТ, чтобы исследовать, как зубы прикрепляются к черепу, и чтобы увидеть, есть ли какие-либо доказательства непрерывного роста.

Некоторые из бивней дицинодонтов, которые команда ученых наблюдала в Замбии, не подходили под определение бивня — они были покрыты эмалью вместо дентина.

«Существует много разных видов дицинодонтов, и, по всей видимости, все они имеют клыки, однако, если посмотреть на микроструктурные детали, они сильно различаются в этих группах» — говорят исследователи. Зубы с эмалью более жесткие, чем с дентином, но из-за геометрии того, как зубы растут в челюсти, если вы хотите, чтобы зубы продолжали расти на протяжении всей жизни, у вас не может быть полного покрытия эмалью. У животных, таких как люди, появились прочные, но трудно поддающиеся исправлению зубы — нет никакой замены потере взрослого зуба. Бивни менее прочны, чем зубы с эмалевым покрытием, но они непрерывно растут, даже если они повреждаются. «Зубы с эмалевым покрытием — это другая эволюционная стратегия, чем клыки с дентиновым покрытием, это компромисс», — говорят ученые.

Анализируя гистологические тонкие срезы образцов дицинодонтов из Южной Африки, Антарктиды, Замбии и Танзании, исследователи обнаружили, что, как и у человека, у этих животных, по-видимому, уменьшалось количество заменяемых зубов в положении клыка и они имели прикрепление мягких тканей к челюсть. Интересно, что это сочетание свойств уникально для млекопитающих. Млекопитающие, как и люди, заменяют молочные зубы взрослыми зубами только один раз, в отличие от большинства других позвоночных — например, у акул зубы постоянно образуются. Зубы млекопитающих прикрепляются к челюсти с помощью гомфоза, который представляет собой прикрепление мягких тканей или связок. Однако большинство зубов позвоночных прикрепляются к челюсти в результате анкилоза, который представляет собой сращение твердых тканей кости с зубом.

«Если у вас есть эти две вещи, меньшее количество замененных зубов и прикрепление мягких тканей, постоянно растущий зуб позволяет животному обойти тот факт, что оно не может заменить зуб. Вместо этого он развивается, чтобы постоянно откладывать одни и те же ткани зуба », — говорят ученые. «И поскольку животное продолжает откладывать ткань, зуб начинает выходить за пределы рта, чтобы стать функциональным».

Исследователи обнаружили, что настоящая эволюция бивня произошла только на более позднем этапе эволюции этой группы — у ранних членов этой группы был большой зуб, а не настоящий бивень. В конце своей эволюционной истории дицинодонты развили настоящий бивень, который постоянно рос, и это удивительно конвергентно у множества различных видов дицинодонтов.

Ученые говорят, что исследование, которое показывает самый ранний известный пример настоящих бивней, может помочь лучше понять, как работает эволюция.

Различные виды зубов, которые эволюционировали у животных, могут рассказать ученым о давлении, с которым столкнулись эти животные, в результате чего могли образоваться эти зубы. Например, клыки могут действовать по-разному, включая защиту, соревнование, рытье, половой отбор и даже помогать передвигаться — как у моржа, который использует свои клыки, чтобы подняться на лед из воды. Постоянно растущий бивень, возможно, позволил дицинодонтам преодолеть трудности, связанные с наличием только одного набора сменных зубов на протяжении всей их жизни.

«Мы пока действительно не знаем, какие функции могли выполнять бивни дицинодонтов, потому что мы не можем наблюдать за ними и видеть, что они с ними делали», — говорят исследователи. «Это давний вопрос о дицинодонтах».