Các nhà khoa học phát hiện nguồn gốc răng của con người từ loài cá có hàm nguyên thủy nhất

Nguồn gốc răng của con người quay ngược thời gian hơn 400 triệu năm trước, đến thời kỳ cá bọc thép kỳ lạ lần đầu tiên phát triển hàm và bắt đầu bắt mồi sống. Chúng ta là hậu duệ của những con cá này, cũng như tất cả 60.000 loài động vật có xương sống khác - cá mập, cá xương, lưỡng cư, bò sát, chim và động vật có vú. Một nhóm các nhà khoa học quốc tế do Đại học Uppsala (Thụy Điển) dẫn đầu, hợp tác với ESRF, Synchrotron châu Âu (Pháp), nguồn tia X sáng nhất, lần đầu tiên đã 'mổ xẻ', hóa thạch cá hàm nguyên thủy nhất với những chiếc răng được tìm thấy gần Prague hơn 100 năm trước. Kết quả, được công bố trên tạp chí Science ngày 9/7/2020, cho thấy răng của chúng có những đặc điểm hiện đại đáng ngạc nhiên.

Ấn tượng của nghệ sĩ về một rạn san hô nhiệt đới ở Cộng hòa Séc, 409 triệu năm trước, một acanthothoracid - một trong những động vật có xương hàm nguyên thủy nhất có răng , đang nổi lên từ nơi ẩn náu trong cái vỏ rỗng của một động vật thân mềm khổng lồ để săn tìm thức ăn. Ảnh chụp bởi Jan Sovak

Răng ở động vật xương sống có hàm hiện tại cho thấy một số kiểu nhất quán: ví dụ, răng mới thường phát triển ở mặt trong của răng cũ và sau đó di chuyển ra ngoài để thay thế chúng (ở người, mô hình này đã được biến đổi để răng mới phát triển bên dưới răng cũ, sâu bên trong xương hàm). Tuy nhiên, có một số khác biệt giữa cá xương (và con cháu của chúng là động vật trên cạn) và cá mập; ví dụ thực tế là cá mập hoàn toàn không có xương, bộ xương của chúng được làm từ sụn và không có lớp dentine cũng như răng thật trong miệng dính vào nó; chúng chỉ đơn giản là ở trong da. Ở cá xương và động vật trên cạn, răng luôn được gắn vào xương hàm. Ngoài ra, trong khi cá mập rụng toàn bộ răng đã bị mòn, chỉ đơn giản bằng cách tách chúng ra khỏi da, cá xương và động vật trên đất liền rụng chúng bằng cách làm tan biến các chân răng.
Sự đa dạng này đặt ra nhiều câu hỏi về nguồn gốc của răng. Cho đến nay, các nhà nghiên cứu đã tập trung vào hóa thạch của một nhóm cá cổ sống cách đây khoảng 430 đến 360 triệu năm, được gọi là động vật chân đốt, là loài động vật xương sống có hàm duy nhất có răng. Tuy nhiên, họ rất khó để hiểu làm thế nào chúng có thể tiến hóa vào răng của động vật có xương sống hiện đại, vì răng động vật chân đốt (arthrodire) rất khác về vị trí và phương thức bổ sung răng so với cá xương và cá mập.

Chụp quét những con cá hàm nguyên thủy nhất
Một nhóm từ Đại học Uppsala, Đại học Charles (Cộng hòa Séc), Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên ở London (Anh), Bảo tàng Quốc gia ở Prague (Cộng hòa Séc) và ESRF, Synchrotron châu Âu (Pháp) đã đặt ra để xác định xem loại răng kỳ lạ này có thực sự là tổ tiên của răng chúng ta, hoặc chỉ là một nhánh nhỏ chuyên biệt ra khỏi nhánh dẫn đến động vật có xương hàm hiện đại.
Với mục đích này, họ đã chuyển sang acanthothoracids, một nhóm cá đầu tiên khác được cho là nguyên thủy hơn các loài động vật chân đốt và có liên quan chặt chẽ với các loài động vật có xương hàm đầu tiên. Vấn đề với acanthothoracids là hóa thạch của chúng rất hiếm và luôn không đầy đủ. Những hóa thạch tốt nhất trong số chúng đến từ lưu vực Prague ở Cộng hòa Séc, từ những tảng đá hơn 400 triệu năm tuổi và được thu thập vào đầu thế kỷ trước. Chúng rất khó nghiên cứu bằng các kỹ thuật thông thường bởi vì các xương này không thể được giải phóng khỏi đá bao quanh, và do đó chưa bao giờ được nghiên cứu chi tiết.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng các đặc tính độc đáo của ESRF, nguồn tia X sáng nhất thế giới và chùm tia vi mô synchrotron ID19, để hình dung cấu trúc bên trong của hóa thạch 3D mà không làm hỏng chúng. Tại ESRF, một vòng electron dài 844 mét di chuyển với tốc độ ánh sáng phát ra chùm tia X năng lượng cao có thể được sử dụng để quét vật chất không phá hủy, bao gồm cả hóa thạch
Valéria Vaškaninová, tác giả chính của nghiên cứu trên và nhà nghiên cứu từ Đại học Uppsala cho biết: "Kết quả thực sự đáng chú ý, bao gồm các hàm răng được bảo quản tốt mà ngoài sức mong đợi ". Quét theo dõi ở độ phân giải cao hơn cho phép các nhà nghiên cứu hình dung mô hình tăng trưởng và thậm chí các không gian tế bào được bảo tồn hoàn hảo bên trong răng của những chiếc răng cổ này.
Giống như động vật chân đốt, các hàm răng của acanthothoracid được gắn vào xương. Điều này chỉ ra rằng cá xương và động vật trên cạn bảo lưu tính tổ tiên trong vấn đề này, trong khi cá mập đặc biệt răng chỉ gắn trên da - trái ngược với nhận thức phổ biến rằng cá mập là động vật có xương sống nguyên thủy. Một lần nữa, giống như động vật chân đốt, răng của acanthothoracids không bị rụng.

Khác với chân đốt hơn dự kiến
Tuy nhiên, răng của acanthothoracid khác về cơ bản so với các loài động vật chân đốt. Giống như cá mập, cá xương và động vật trên cạn, acanthothoracids chỉ thêm răng mới ở bên trong; những chiếc răng lâu đời nhất nằm ngay rìa hàm. Về khía cạnh này, các bộ răng của acanthothoracid trông có vẻ hiện đại đáng chú ý.
"Thật ngạc nhiên, những răng này hoàn toàn phù hợp với mong đợi của chúng tôi về bộ răng tổ tiên chung cho động vật có xương sống sụn và xương." Vaškaninová giải thích.
Các xương mang răng cũng mang các yếu tố dentine nhỏ không cắn của da trên bề mặt bên ngoài của chúng, một đặc điểm giống với cá xương nguyên thủy nhưng có ở động vật chân đốt. Đây là một sự khác biệt quan trọng bởi vì nó cho thấy xương hàm của acanthothoracid nằm ngay rìa miệng, trong khi xương hàm của chân đốt nằm sâu hơn. Thật độc đáo, một acanthothoracid (Kosoraspis) cho thấy sự chuyển đổi hình dạng dần dần từ các yếu tố dentine sang răng thật lân cận, trong khi một loại khác (Radotina) có răng thật gần giống với các yếu tố dentine da của nó trong hình dạng. Đây có thể là bằng chứng cho thấy răng thật chỉ mới phát triển gần đây từ các yếu tố ngà (dentine) trên da.
Đồng tác giả Per Ahlberg, giáo sư Đại học Uppsala nói "Những phát hiện này thay đổi toàn bộ sự hiểu biết của chúng ta về nguồn gốc của răng". Ông cũng cho biết thêm: "Mặc dù acanthothoracids là một trong những loài động vật có xương hàm nguyên thủy nhất, nhưng răng của chúng theo một cách nào đó giống với răng hiện đại hơn là răng của chân đốt”. Xương hàm của chúng giống với cá có xương và dường như là tổ tiên trực tiếp của chúng ta. Khi bạn cười toét miệng trước gương trong phòng tắm vào buổi sáng, những chiếc răng lộ ra , bạn có thể tìm nguồn gốc của chúng từ những động vật có xương hàm đầu tiên. "

Story Source:
https://www.sciencedaily.com/releases/2020/07/200709141606.htm
Materials provided by European Synchrotron Radiation Facility. Note: Content may be edited for style and length.
https://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-8506673/Human-teeth-evolved-400-million-years-ago-strange-armoured-fish.html

Journal Reference:

Valéria Vaškaninová, Donglei Chen, Paul Tafforeau, Zerina Johanson, Boris Ekrt, Henning Blom, Per Erik Ahlberg. Marginal dentition and multiple dermal jawbones as the ancestral condition of jawed vertebrates. Science, 2020 DOI: 10.1126/science.aaz9431

Người dịch: Minh Trần