Forscher unter der Leitung der University of Bristol zeigen, dass die frühesten Kiefer im Fossilienbestand in einem Kompromiss zwischen der Maximierung ihrer Stärke und ihrer Geschwindigkeit gefangen waren.
Fast alle Wirbeltiere sind Kieferwirbeltiere, einschließlich Menschen, die sich erstmals vor mehr als 400 Millionen Jahren entwickelten und sich durch ihre zahntragenden Kiefer auszeichneten. Der Mensch verdankt seinen evolutionären Erfolg der Evolution der Kiefer, die es den Tieren ermöglichte, eine größere Vielfalt an Nahrungsmitteln zu verarbeiten.
Die Kiefer entwickelten sich aus den Kiemenbögen, einer Reihe von Strukturen bei Fischen, die ihre Kiemen stützen. Eine neue Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift Wissenschaftliche Fortschritte Erkundet heute, wie aus einer atmenden Struktur eine beißende Struktur wurde. Zu diesem Zweck sammelten Forscher der Bristol School of Earth Sciences Daten über die Formen fossiler Kiefer während ihrer frühen Entwicklung und mathematische Modelle, um sie zu charakterisieren. Diese Modelle ermöglichten es dem Team, eine breite Palette theoretischer Kieferformen zu extrapolieren, die von den ersten sich entwickelnden Kiefern hätten erforscht werden können. Diese theoretischen Kiefer wurden auf ihre Stärke getestet – wie wahrscheinlich es war, dass sie während eines Bisses brachen, und auf ihre Geschwindigkeit – wie effizient sie geöffnet und geschlossen werden konnten. Diese beiden Funktionen stehen in einem Kompromiss – was bedeutet, dass eine Erhöhung der Stärke normalerweise eine Verringerung der Geschwindigkeit bedeutet oder umgekehrt.
Der Vergleich der realen und theoretischen Kieferformen ergab, dass die Kieferentwicklung auf Formen mit der höchstmöglichen Geschwindigkeit und Stärke beschränkt war. Insbesondere die frühesten Kiefer im Datensatz waren extrem optimal, und einige Gruppen haben sich im Laufe der Zeit von diesem Optimum entfernt. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Entwicklung des Beißens sehr schnell war.
William Deakin, Ph.D. Student an der University of Bristol und Hauptautor, sagte: „Kiefer sind ein äußerst wichtiges Merkmal von Gnathostomen – oder Kiefermündern. Sie sind nicht nur extrem weit verbreitet, sondern fast alle Kreaturen, die sie haben, verwenden sie auf die gleiche Weise Nahrung schnappen und verarbeiten, das ist mehr als man von einem Arm oder einem Fuß oder einem Schwanz sagen kann, der für alle möglichen Dinge verwendet werden kann.
„Dies macht Kiefer äußerst nützlich für jeden, der die Evolution der Funktion untersucht. Sehr unterschiedliche Kiefer von sehr unterschiedlichen Tieren können auf ähnliche Weise getestet werden Vielfalt in der Funktion, kann helfen, etwas Licht auf evolutionäre Fragen zu werfen.“
Philip Donoghue, Professor für Paläobiologie in Bristol und Mitautor der Studie, sagte: „Die frühesten Wirbeltiere mit Kiefer haben Kiefer in allen Formen und Größen, von denen lange angenommen wurde, dass sie die Anpassung an verschiedene Funktionen widerspiegeln. Unsere Studie zeigt, dass die meisten dieser Variationen gleich waren optimal für Kraft und Geschwindigkeit, was sie zu furchterregenden Raubtieren macht.“
Emily Rayfield, ebenfalls Professorin für Paläobiologie in Bristol und Mitautorin der Studie, fügte hinzu: „Die neue Software, die Will entwickelt hat, um die Evolution von Wirbeltieren mit Kiefern zu analysieren, ist einzigartig. Sie ermöglicht es uns, den Gestaltungsraum wichtiger anatomischer Innovationen abzubilden , wie Kiefer, und bestimmen ihre funktionellen Eigenschaften. Wir planen, damit viele weitere Geheimnisse der Evolutionsgeschichte aufzudecken.“
William J. Deakin et al, Zunehmende morphologische Disparität und abnehmende Optimalität für Kiefergeschwindigkeit und -stärke während der Bestrahlung von Kieferwirbeltieren, Wissenschaftliche Fortschritte (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abl3644. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abl3644