В состав неполнозубых (Xenarthra) входят такие животные, как броненосцы, ленивцы и муравьеды. У всех них зубы развиты недостаточно, по сравнению с другими млекопитающими. Например, у ленивцев полностью отсутствуют передние зубы, а в задней части рта есть только простые, похожие на колышки выступы, у которых отсутствует зубная эмаль и корни. Листья, цветы и плоды деревьев ленивец срывает покрытыми ороговевшей кожей губами. Только у двупалых ленивцев есть клыкоподобные зубы — по одному на каждой половине челюсти, отделенные от прочих зубов промежутком (диастемой). У броненосцев зубы тоже без эмали и корней, одинаковой цилиндрической формы, причем их может быть разное количество, от восьми до ста, и различается оно не только между разными видами броненосцев, но и среди особей одного и того же вида. А у еще одной группы неполнозубых — муравьедов — зубов нет вообще. Вместо этого муравьеды втягивают добычу длинным липким языком и в полости рта счищают ее специальной «щеткой» — роговыми сосочками на поверхности щек и нёба.
Исследователи полагали, что эта неполнозубость возникла еще у общих предков всех трех групп животных. Но новое генетическое исследование, опубликованное в качестве препринта на сайте bioRxiv, раскрывает более сложную историю. На протяжении миллионов лет различные группы постепенно теряли гены, важные для развития зубов. И такая «регрессивная эволюция» привела к разнообразию строения зубов, наблюдаемому у современных неполнозубых.
Нечто подобное могло произойти, когда змеи потеряли свои ноги или страусы потеряли свои крылья, считает ведущий автор исследования Кристофер Эмерлинг из Колледжа Ридли. Таким образом, по его мнению, неполнозубые могут быть важной моделью для понимания закономерностей регрессивной эволюции.
Исследование началось, когда Эмерлинг стал сотрудничать с Фредериком Дельсуком из Университета Монпелье. Ученых сблизил интерес к эволюции зубов у неполнозубых: типы зубов очень сильно различались внутри этой группы. Однако окаменевших останков древних неполнозубых, которые помогли бы реконструировать эволюцию, известно немного. Поэтому Эмерлингу и Дельсуку пришлось искать ответы в генетике.
Ученым уже были известны многие гены, имеющие решающее значение для различных аспектов формирования зубов. Некоторые гены влияют на формирование и прочность эмали, в то время как другие контролируют, например, рост более мягкого дентина, составляющего основную часть зуба. Эмерлинг, Дельсук и их коллеги искали мутации в одиннадцати генах у четырех видов муравьедов, шести видов ленивцев и двадцати одного вида броненосцев, а также, для сравнения, у двадцати пяти других видов млекопитающих. Они сосредоточились на генетических изменениях, которые деактивировали бы гены, подавляя различные аспекты формирования зубов.
Гигантский муравьед (Myrmecophaga tridactyla). Фото: pixelplastic/Flickr
В истории неполнозубых сначала произошло разделение на будущих броненосцев с одной стороны и будущих муравьедов и ленивцев — с другой. Таким образом, муравьеды и ленивцы имеют общего предка. Эмерлинг и его коллеги сообщают, что этот предок потерял гены образования эмали скорее всего потому, что питался червями и другими мягкотелыми существами, так что ему не требовались крепкие зубы. Муравьеды отделились от броненосцев около 60 миллионов лет назад и начали поедать муравьев языком, что сделало зубы излишними. В результате девять из одиннадцати генов, отвечающих за формирование зубов, оказались у них отключены, поэтому муравьеды полностью лишились зубов. «Наши результаты предполагают как минимум двухэтапный процесс потери зубов у муравьедов», — объясняет Эмерлинг.
Напротив, ленивцы, которые эволюционировали около 30 миллионов лет назад, скорее всего, отказались от червей и общественных насекомых и стали вегетарианцами, поэтому зубы им по-прежнему нужны. Однако им пришлось смириться с эволюционным дефектом зубов — отсутствием эмали. «Ленивцы застряли с этими, казалось бы, плохо подходящими зубами благодаря своим предкам», — говорит Эмерлинг. Но зубы ленивцев растут на протяжении всей жизни, поэтому они не изнашиваются полностью.
«Для броненосцев всё гораздо сложнее, — рассказывает Эмерлинг. — Окаменелости предполагают, что у ранних броненосцев уже были слабые зубы, но неясно, какие гены были задействованы в их формировании. Сегодня есть две группы броненосцев, у каждой эволюция зубов проходила по-разному — вероятно, в зависимости от того, что они ели. В первую группу входят, например, трехпоясные, плащеносные, гигантские, голохвостые и щетинистые броненосцы. Они утратили зубную эмаль полностью. У другой группы, к которой относится девятипоясный броненосец, у молодых особей иногда имеется тонкая эмаль, которая стирается по мере взросления».