Зубы и челюсти цихлид
Зубы являются эволюционно древней структурой. В то время как мы зачастую думаем, что зубы неразрывно связаны с челюстями, они впервые развиваются в глотке бесчелюстных рыб около 500.000.000 лет назад. Как бы странно это не звучало, зубы возникли раньше челюстей. Подобно волосам и перьям, имеется возможность изучать зубы как шаблонные, повторяющиеся структуры, которые постоянно заменяются в течение жизни.
Это, конечно, не относится к млекопитающим, однако верно в отношении цихлид. Некоторые цихлиды имеют около 3000 зубов. Каждый конкретный зуб меняется каждые 50-100 дней. Это совершается благодаря стволовой клеточной нише, связанной с каждым зубом. Способность сменять зубы в течение жизни, к сожалению, была потеряна у млекопитающих.
Механизмы образования зубов в глотке неизвестны, но можно видеть данное эволюционное явление в природе. Некоторые низшие позвоночные, подобных данио-рерио, имеют зубы только в глотке. Млекопитающие, такие как мышь и человек, имеют зубы только в ротовой полости.
Это, конечно, не относится к млекопитающим, однако верно в отношении цихлид. Некоторые цихлиды имеют около 3000 зубов. Каждый конкретный зуб меняется каждые 50-100 дней. Это совершается благодаря стволовой клеточной нише, связанной с каждым зубом. Способность сменять зубы в течение жизни, к сожалению, была потеряна у млекопитающих.
Механизмы образования зубов в глотке неизвестны, но можно видеть данное эволюционное явление в природе. Некоторые низшие позвоночные, подобных данио-рерио, имеют зубы только в глотке. Млекопитающие, такие как мышь и человек, имеют зубы только в ротовой полости.
Цихлиды имеют зубы как в глотке, так и в ротовой полости. Эта уникальная эволюционная особенность позволяет задать вопрос, который является отправной точкой настоящего исследования (PLoS Biology - журнал, организация-получатель «Национальный Институт по Исследованию Зубов и Челюстно-лицевой Области» (NIDCR)). Одинаково ли регулируется количество зубов, расположенных в глотке и в ротовой полости?
На рисунке челюсти Pseudotropheus elongatus На рисунке глоточные зубы
Малавийские цихлиды имеют как глоточные зубы,
так и зубы в ротовой полости
В данной работе, к удивлению исследователей, было обнаружено, что количество зубов регулировалось схоже в двух челюстях. Челюсти ротовой полости и глотки функционировали по общим условиям в отношении количества зубов.
Как оказалось, были обнаружены общие гены, которые формируют зубную сеть генов. Эта сеть является общей для большей части зубного ряда. Кроме генов, открытых в предыдущих исследованиях были обнаружены гены eda и edar. Предполагается, что данные гены вовлечены исключительно в образование энтодермальных тканей. Однако в работе гены были задействованы в прорезывании глоточных зубов, которые, как кажется, образуются из эндодермы. Таким образом, была раскрыта роль eda и edar в тканях, образованных из эндодермы. Также отмечается идея о том, что перед челюстями, волосами, чешуями, перьями и другими энтодермальными тканями всегда действуют эти гены в зубной сети глубоко в глотке.
Удалось описать две вещи. Во-первых, генетическую сеть предков, которая проявляет активность в древней популяции зубов. Во-вторых, что возможно более важно, описаны ядро зубной сети – набор генов, сохраняемый во всех зубах, которые известны нам у рыб, мышей и человека. Таким образом, что очень интересно, имелись объекты, которые не только попадали в сеть (подобно генам eda и edar), но и объекты, которые выпадали из неё. В частности, возьмем гены pax9 и fgf8, которые являются существенным компонентом зубного аппарата млекопитающих. Эти гены либо не экспрессируются во всех, либо экспрессируются только в зубах ротовой полости, но в глоточных зубах. Это свидетельствует от том, что они не являются эволюционно важными в образовании зубов.
Работы в данной области крайне важны для объяснения эволюции зубов. Если суметь создать зубы на культуре или в пробирке, можно получить информацию о необходимых молекулах для данного процесса. Даже если некоторые из этих генов являются генетически существенными для зубов млекопитающих, возможно имеются иные пути описания образования зубов в эволюционной биологии.
На сегодняшний момент остается под вопросом, как предложенная модель может помочь в практическом плане для лечения зубов. Крайне интересным является взаимосвязь между генотипом и фенотипом, и каким образом генетическая информация может быть использована для обнаружения заболеваний у человека. Многие из предложенных в настоящее время моделей, включающие модели мыши, данио-рерио, дрозофилы, представлены гомогенными и врожденными линиями. Другими словами, они поддерживают легкий путь развития генетики. Люди имеют гетерогенные геномы и поэтому сложно обнаружить специфические генетические причины болезни. В исследованиях на цихлидах и в некоторых других эволюционных моделях ведется их сопоставление для лучшей картины генотипа и фенотипа. Данные модели демонстрируют гетерогенные геномы, подобные человеческим, и генетически-фенотипическая картина вероятно усложнится.
Сейчас распространено протезирование и замена утраченных зубов на керамические аналоги. Для перехода на новый уровень протезирования необходимо понять природные регенеративные способности зубов. Это представляется очень интересным. Первичной моделью, использованной в исследовании человеческих зубов, является мышь, и у неё не происходит обновление всех зубов.
Так, у мышей ниша стволовых клеток связана с её резцами. Однако, её резцы не заменяются (исключение составляют немногие генетические мутанты). Они обновляются посредством постоянного роста. Резцы мышей также не имеют тенденцию принимать комплекс форм. Существует расхождение пространства и развития между резцами и коренными зубами мышей. Коренные зубы принимают комплекс форм, но не обновляются и не заменяются. У рыб обнаружена замена зубов, их обновление и возможность принимать комплекс трехмерных форм в течение развития.
Развитие, обновление и формообразование зубов является генетически детерминированными процессами в организмах подобных цихлидам. Однако, думается, что в эволюционном развитии позвоночных эти процессы стали расходиться в пространстве и во времени. Что мы сейчас и наблюдаем у мышей, в частности, коренные зубы меняют форму, но не восстанавливаются. Резцы восстанавливаются, но не меняют форму.
Адаптированный перевод,
FanFishka.ru благодарит Наталию Польскую
за предоставленный материал
FanFishka.ru благодарит Наталию Польскую
за предоставленный материал
Подписывайтесь на наш YouTube-канал, чтобы ничего не пропустить
Смотрите также:
Цихлиды в аквариуме
Рыбы Африки
Цихлазомы
Цихлиды в аквариуме
Рыбы Африки
Цихлазомы
Категория: Аквариумные статьи / Интересное об аквариуме | Просмотров: 12 450 | Дата: 13-03-2014, 13:01 | Комментарии (0)