Článek o původu zubů v magazínu Science!
Tropický útes u Koněprus před 409 miliony let: Radotina, jeden z nejprimitivnějších čelistnatců, vyhlíží kořist ze své skrýše v prázdné schránce ortokonního hlavonožce. Autor: Jan SovákKde se vzaly naše zuby? Odpověď na tuto zdánlivě jednoduchou otázku nás zavede o více než 400 milionů let zpátky v čase, do období historie Země, kdy se rybovitým obratlovcům poprvé vyvinuly čelisti, a ti začali chytat živou kořist. Jsme potomky těchto starobylých rybovitých obratlovců, stejně jako všech 60 000 žijících druhů čelistnatých obratlovců – žraloků, ryb, obojživelníků, plazů, ptáků a savců – a nespočet druhů vymřelých. Ve studii právě zveřejněné v prestižním časopise Science mezinárodní tým vědců iniciovaný odborníky z Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy a Národního muzea odhaluje průlomová zjištění o těchto prvních čelistnatcích. Díky nejmodernějším zobrazovacím schopnostem velkého synchrotronového tomografu dokázali digitálně „rozřezat“ jedinečné zkameněliny prvohorních rybovitých obratlovců, nalezené před více než 100 lety poblíž Prahy, a vůbec poprvé ukazují, že obsahují krásně zachované zuby. Navzdory jejich věku připomínají v mnoha ohledech naše zuby.
Zuby jsou tvořeny z dentinu, zvláštní velice tvrdé tkáně, která se u lidí nachází výhradně v zubech. U žraloků se zubovité šupiny z dentinu vyskytují i na povrchu těla a ze studia zkamenělin víme, že podobně tomu bylo i u starobylých obratlovců dávno před tím, než se vyvinuly čelisti a zuby.
Pro většinu žijících čelistnatců je typické, že se jim zuby nové generace vyvíjejí na vnitřní straně starých a pak se posunují směrem ven, aby je nahradily (i když u lidí se nové zuby vyvíjejí pod starými, hluboko v čelistní kosti). V jiných ohledech se však ryby a jejich potomci (všechna suchozemská zvířata) od žraloků velmi liší. Žraloci nemají žádné kosti, jejich kostra je tvořena chrupavkou, ke které se nepřichycují ani zubovité šupiny ani pravé zuby v ústech; prostě sedí v kůži. U kostnatých ryb a suchozemských zvířat rostou zuby vždy na čelistní kosti a pokud jsou na vnějším povrchu těla přítomny dentinové výrůstky (jako například u „živoucí fosilie“ latimérie), vždy jsou nedílnou součástí lebečních kostí nebo šupin. Další rozdíl je ve způsobu výměny zubů. Zatímco žralokům vypadávají opotřebované zuby celé včetně kořenů, ryby a suchozemská zvířata nejdříve kořeny vstřebají. Jistě si pamatujete na své vypadlé mléčné zuby. Tato rozmanitost vyvolává spoustu otázek. Co mají společné dentinové výrůstky na kůži a pravé zuby v ústech? Jak vypadaly první zuby? Byly na čelistech? Vypadávaly, a pokud ano, jak? A byly nové zuby přidávány zevnitř?
Členové vědeckého týmu (Valéria Vaškaninová druhá zleva) při přípravě vzorků pro skenování na synchrotronovém tomografu v ESRF v Grenoblu, Francie. Foto: Boris Ekrt, z archivu NM.
Aby vědci mohli odpovědět na tyto otázky, zkoumají zkameněliny raných čelistnatých obratlovců, takzvaných pancířnatých ryb, které žily asi před 430 až 360 milióny let. Zuby byly dlouho známy pouze u jedné skupiny „pancířnatých“ - artrodir, která se na vývojových stromech nachází blízko společného předka ryb a žraloků. Pozice čelistních kostí a směr přidávání nových zubů se u nich ale natolik liší od moderních obratlovců, že bylo pro vědce velmi náročné vysvětlit, jak se z nich mohly vyvinout.
Autoři článku v Science se proto rozhodli zjistit, zda byl tento zvláštní druh chrupu skutečně výchozím stavem našeho, nebo jestli byli artrodiry pouze specializovanou odnoží hlavní linie vedoucí k moderním čelistnatým obratlovcům. Rozhodli se proto prozkoumat mnohem primitivnější skupinu čelistnatců - takzvané akantotoracidy - kteří se na vývojových stromech nachází nejblíž společnému předku všech čelistnatců. Jejich zkameněliny jsou ovšem vzácné a vždy neúplné. Nejlépe zachovaná sbírka akantotoracidů na světě je uložena v Národním muzeu v Praze. Pochází z více než 400 milionů let starých hornin pražského okolí, kde byli sbíráni už od poloviny devatenáctého století. Způsob jejich zachování dlouho bránil jejich podrobnému studiu. Jejich kosti jsou natolik křehké, že je nelze beze ztrát mechanicky ani chemicky vypreparovat z horniny.
Nová zobrazovací technika synchrotronová mikrotomografie umožňuje pomocí laseru podobných rentgenových paprsků uvolňovaných elektrony zrychlenými na téměř rychlost světla vědcům zobrazovat vnitřní strukturu zkamenělin ve třech rozměrech, aniž by je poškodila. V těchto aplikacích je nejvýznamnějším zařízením na světě evropský synchrotron ESRF ve francouzském Grenoblu.
„Náš tým se rozhodl ve spolupráci s ESRF použít tuto techniku na hlavy akantotoracidů s vědomím, že je to jediný způsob, jak odhalit jejich složitou vnitřní stavbu,“ říká Boris Ekrt (Národní muzeum), spoluautor studie; "A výsledky byly opravdu skvělé, včetně neočekávaného objevu dobře zachovaných čelistí a zubů." Následné skenování ve vyšším rozlišení umožnilo vědcům vizualizovat způsob růstu, a dokonce i dokonale zachované buněčné prostory uvnitř dentinu těchto starodávných zubů.
Fosílie druhu Radotina tesselata ze sbírek Národního muzea v Praze: pohled zepředu (vlevo), z levé strany (vpravo nahoře) a z pravé strany (vlevo dole). Foto: Vít Lukáš, z achivu NM.
Podrobné studium těchto evolučně nejstarších známých zubů umožnilo autorům článku v Science poprvé odpovědět na mnoho zásadních otázek o původu zubů. Stejně jako u artrodir rostou i zuby akantotoracidů na čelistných kostech. To naznačuje, že ryby a suchozemská zvířata si v tomto ohledu zachovávají výchozí stav, zatímco zuby žraloků, které vyrůstají z kůže, jsou specializované – což je v rozporu s populárním přesvedčením, že žraloci jsou primitivní žijící obratlovci. Zuby artrodir ani akantotoracidů ovšem nevypadávaly, což znamená, že různé způsoby uvolňování zubů se vyvinuly jako nezávislé linie až od společného předka ryb a žraloků.
Jinak se však chrup akantotoracidů od artrodir zásadně liší. Stejně jako žraloci, ryby a suchozemská zvířata, akantotoracidi přidávali nové zuby na vnitřní straně starých. Jejich čelistní kosti mají vnější povrch pokrytý řadami dentinových výrůstků, což je znak sdílený s primitivními rybami, ale nikoli s artrodirami. “Vlastnosti těchto zubů dokonale odpovídají našim představám o společném vývojovém předku chrupavčitých a kostnatých obratlovců,” vysvětluje Valéria Vaškaninová (Přírodovědecká fakulta UK), hlavní autorka studie; „překvapivá je jejich přítomnost u jedné z vývojově vůbec nejstarších skupin obratlovců s čelistmi“.
U jednoho z akantotoracidů – rodu Kosoraspis – vidíme na čelistní kosti postupný přechod od zubovitých dentinových výrůstků na vnějším povrchu až k pravým zubům na hraně čelisti, zatímco rod Radotina má zuby téměř identického tvaru jako dentinové výrůstky na kostech lebky. Tohle může být jedinečný důkaz, že se skutečné zuby vyvinuly z dentinových výrůstků na kůži u velice blízkého příbuzného akantotoracidů.
„Tato zjištění mění všechny naše představy o původu zubů,“ říká spoluautor studie Per Ahlberg (Uppsala University); "Ačkoliv akantotoracidi patří mezi nejprimitivnější ze všech čelistnatých obratlovců, jejich zuby jsou v mnoha ohledech mnohem podobnější našim než zuby artrodir. Kosti, které tvoří horní a dolní čelist člověka i zuby na nich mají svůj původ v ústech prvních čelistnatců. Myslete na to, až se ráno na sebe usmějete do zrcadla.“
Akce dokumentů