Hoor dit nu: nieuwe fossielen onthullen vroege oorbotevolutie



Drie botten – een van de kleinste in het menselijk lichaam – zitten in je middenoor, waar ze trillingen overbrengen van het trommelvlies naar het slakkenhuis, waardoor je gehoor aanzienlijk wordt aangescherpt. Collectief bekend als de gehoorbeentjes, ze zijn voor zoogdieren. Reptielen en vogels hebben allemaal slechts één middenoorbot – de botten die anders hun "gehoorbeentjes" zouden zijn, zijn in plaats daarvan versmolten met de gewrichten van hun kaak. Ondanks hun grootte zijn de gehoorbeentjes zo'n krachtige evolutionaire innovatie dat ze meerdere keren onafhankelijk opkwamen bij zoogdieren – niet alleen vanwege de resulterende boost voor het gehoor, maar ook omdat hun loskoppeling van de kaak die dieren bevrijdde om zich aan te passen aan een grotere verscheidenheid aan voedselbronnen . Zonder gehoorbeentjes zouden oude zoogdieren misschien slechts een etentje geweest zijn voor grotere roofdieren – of stierven van honger – in plaats van onze verre voorouders te worden. In zekere zin kan de opkomst van het gehoorbeentje de kans dat we hier zijn vergroot hebben. En nu, volgens een gepubliceerde donderdag in Wetenschap, het lang gezochte fossiele bewijs van de eerste stap in dit tijdvak van evolutionaire evolutie is gevonden.

Bij het opgraven van een 123 miljoen jaar oude stollingsgesteente in het noordoosten van China, hebben onderzoekers fossielen van zes exemplaren (een indrukwekkend aantal, in paleontologische termen) opgegraven van een voorheen onbekende soort die ze noemden Origolestes lii. Origolestes is een voorvader van therian zoogdieren, de groep die alle placentals en buideldieren omvat die vandaag nog leven. De ontdekking ervan, zeggen de onderzoekers, vult een ontbrekende schakel in de evolutie van de auditieve opstelling van zoogdieren.

Hoofdauteur van de studie, Fangyuan Mao, paleontoloog aan het American Museum of Natural History (AMNH) en de Chinese Academie van Wetenschappen, noemt de fossielen 'absoluut adembenemend'. Mao en haar collega's analyseerden de gehoorbeentjes van verschillende exemplaren en zagen een schijnbaar kloof tussen de botten en een verbeend stukje kraakbeen dat aansluit op de kaak. Mao zegt dat de ontdekking het evolutionaire moment toont wanneer de gehoorbeentjes losgekoppeld zijn van de onderkaak en de twee eerder geïntegreerde functionele systemen van horen en kauwen verdelen. "Deze laatste stap verwijderde de fysieke beperkingen van de twee systemen en bood een groter potentieel voor betere en efficiëntere ontwikkelingen van horen en kauwen," zegt Mao. "Misschien is dit een van de factoren die hebben bijgedragen aan het succes van therians."

Met het voordeel van paleontologische achteraf lijkt dat scenario zeker het geval te zijn. Het loskoppelen van de gehoorbeentjes van de botten in de onderkaak was zo nuttig dat minstens drie evolutionaire routes er alleen bij zoogdieren naartoe leidden, een proces dat bekend staat als convergente evolutie. De overeenkomstige auteur van het onderzoek, Jin Meng, paleontoloog aan het AMNH en het Graduate Center, City University van New York, zegt dat de ontkoppeling ook latere aanpassingen mogelijk maakte, zoals de mogelijkheid om hoogfrequente geluiden te horen of verschillende soorten voedsel te eten.

Een andere die Meng co-auteur, gepubliceerd in Natuur in november, biedt een interessant contrast in een verre verwant, eerder onbekend zoogdier genaamd Jeholbaatar kielanae, die rond dezelfde tijd leefde als Origolestes. Jeholbaatar behoorde tot een inmiddels uitgestorven geslacht van zoogdieren genaamd de multituberculaten die meer dan 100 miljoen jaar standhielden. Zoals alle multituberculaten, kauwde het zijn voedsel in een heen en weer snijdende beweging. De unieke aanpak van kauwen heeft waarschijnlijk bijgedragen aan het lange succes van multituberculaten, maar het betekende ook Jeholbaatar moest een zeer specifieke kaakconfiguratie hebben, die de opties voor middenoorevolutie beperkte, wat resulteerde in een volledig unieke opstelling.

Anne Weil, een paleontoloog van gewervelde dieren aan de Staatsuniversiteit van Oklahoma, schreef een begeleidend document over het artikel van Meng Natuur. "De vraag is:" Blijft dit gebeuren tijdens de basale zoogdierevolutie omdat het het gehoor verbetert? " Of is de drijvende kracht dat het de voedselverwerking verbetert? '', Zegt ze. Voor Jeholbaatar, voedselverwerking was blijkbaar de meest waarschijnlijke impuls. "Maar dat laat nog steeds de vraag open voor andere geslachten," zegt ze.

Zodra horen en kauwen waren losgekoppeld Origolestes, elk systeem was vrij om onafhankelijk te evolueren. Meng zegt dat de hoor- en kauwsystemen elk waarschijnlijk worden gereguleerd door hun eigen afzonderlijke genetische ontwikkelingsmechanisme, een proces dat evolutionaire biologen modulariteit noemen. Stephanie Smith, een mammalogist in Chicago's Field Museum of Natural History, die niet bij beide studies betrokken was, zegt dat het gebruikelijk is om modules (de term voor evolutionaire biologie voor dergelijke systemen) onafhankelijk te zien evolueren op manieren die kunnen worden gekoppeld aan gedrag, zoals kauwen. "Het gaat niet alleen om de genetische controle van die modules," zegt ze. "Het is ook een verhaal over de functie van die modules en hoe ontkoppeld hen in staat heeft gesteld te evolueren."

Terwijl gehoorbeentjes en kaakbeenderen samenwerkten als één samengesteld orgaan in voorouders van Origolestes, de ontkoppeling die erin te zien is, zegt Meng, stond modulariteit toe die op zijn beurt een uiteenlopende reeks gespecialiseerde oor- en kaakmorfologieën liet evolueren onder zijn afstammelingen.

Zhe-Xi Luo, een evolutionair bioloog aan de Universiteit van Chicago, die vroege zoogdierevolutie bestudeert en niet betrokken was bij de Wetenschap studie, is minder zeker van zijn claims. Na het bekijken van de afbeeldingen (maar niet de feitelijke fossielen) van de auteurs, vermoedt hij dat de kloof tussen de oorbotten en kraakbeen slechts een breuk is in plaats van een diepgaande evolutionaire sprong. "Het is een conserveringsartefact; dat is zo gebruikelijk in fossielen, 'zegt Luo.

Mao en Meng blijven bij hun interpretatie van het fossiel en merken op dat de auditieve botten in vier van de exemplaren worden bewaard en dat ze allemaal een vergelijkbare morfologie delen. "Het is onwaarschijnlijk dat het allemaal artefacten zijn," zegt Mao. Meng voegt eraan toe dat, hoewel verschillende interpretaties gebruikelijk zijn in de paleontologie, een nauwkeurige inspectie van het gefossiliseerde gehoorbeentje duidelijk laat zien dat het niet is gebroken. Luo zegt dat hij denkt dat meer bewijs nodig is.

De scheiding van de gehoorbeentjes van de kaak – waar Mao en Meng blijkbaar een momentopname van hebben gemaakt Origolestes– was zo waardevol dat het diende als een verband voor de evolutie van zoogdieren. Het vormde convergent, via meerdere evolutionaire paden, en, althans in therian zoogdieren, gaf aanleiding tot talloze nieuwe innovaties in kaak- en oorevolutie. "Het is een klein diertje en het is 123 miljoen jaar oud en het is geweldig goed bewaard gebleven", zegt Weil. "Het is best cool om dat afzonderlijke (gehoorbot) in deze lijn te zien."