Cranio di scimpanzé riprodotto con TAC (a sinistra) con immagine ingrandita di un molare virtualmente estratto (al centro). Lo strato esterno, chiamato smalto, è reso trasparente rivelando il paesaggio 3D del nucleo dentinale sottostante di un molare. La posizione delle cellule di segnalazione embrionali che determineranno la futura posizione delle cuspidi è indicata da sfere gialle (al centro). La distribuzione di questi centri di segnalazione attraverso il paesaggio dentinale è misurata come una serie di distanze intercuspidi (frecce rosse a destra, superiore), che determina il numero di cuspidi che alla fine si svilupperanno attraverso una corona molare, così come la quantità di terreno mappato da ciascuna cuspide (linee tratteggiate a destra, parte inferiore). Credito:Alejandra Ortiz e Gary Schwartz
Nel mondo dei mammiferi, i denti sono disponibili in tutti i tipi di forme e dimensioni. Le loro particolari dimensioni e forma sono il processo di milioni di anni di messa a punto evolutiva per produrre denti in grado di scomporre efficacemente gli alimenti nella dieta di un animale. Di conseguenza, i mammiferi che sono strettamente imparentati e hanno un menu simile tendono ad avere denti che sembrano abbastanza simili. Una nuova ricerca suggerisce, però, che queste somiglianze possono essere solo "pelle profonde".
I denti nella parte posteriore della nostra bocca, i molari, hanno una serie di protuberanze, creste, e scanalature sulla superficie masticatoria. Questo complesso paesaggio dentale è il prodotto della disposizione spaziale delle cuspidi, che sono proiezioni superficiali coniche che schiacciano il cibo prima di deglutire. quante cuspidi ci sono, come sono posizionati, e quale dimensione e forma prendono insieme determinano la forma o la configurazione complessiva del nostro molare.
Nel corso dell'evoluzione degli ominidi (gli esseri umani moderni e i loro antenati fossili), i molari sono notevolmente cambiati nella loro configurazione, con alcuni gruppi che sviluppano cuspidi più grandi e altri che evolvono molari con una batteria di cuspidi extra più piccole.
La registrazione di questi cambiamenti ha prodotto potenti intuizioni sulla nostra comprensione della storia della popolazione umana moderna. Ci ha persino permesso di identificare nuove specie fossili di ominidi, a volte da solo dente frammentario rimane, e per ricostruire quale specie è più strettamente imparentata con chi. Esattamente come alcune popolazioni di umani moderni, e alcune specie fossili di ominidi, molari complessi evoluti con molte cuspidi di varie dimensioni, mentre altri hanno evoluto configurazioni molari più semplificate, però, è sconosciuto.
In uno studio pubblicato questa settimana in Progressi scientifici , un team internazionale di ricercatori dell'Institute of Human Origins and School of Human Evolution and Social Change dell'Arizona State University, Università di New York, Università del Kent, e il Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology hanno scoperto che un semplice, una semplice regola di sviluppo - la "cascata dei modelli" - è abbastanza potente da spiegare l'enorme variabilità nella configurazione della corona molare negli ultimi 15 milioni di anni di evoluzione delle scimmie e dell'uomo.
"Invece di invocare grandi, scenari complicati per spiegare i maggiori cambiamenti nell'evoluzione molare nel corso delle origini degli ominidi, abbiamo scoperto che semplici aggiustamenti e alterazioni a questa regola di sviluppo possono spiegare la maggior parte di questi cambiamenti, "dice Alessandra Ortiz, un ricercatore post-dottorato presso l'Institute of Human Origins dell'Arizona State University e autore principale dello studio.
Nell'ultimo decennio, la comprensione da parte dei ricercatori dello sviluppo delle cuspidi molari è centuplicata. Ora sanno che la formazione di queste cuspidi è governata da un processo molecolare che inizia in una fase embrionale precoce. Sulla base del lavoro sperimentale sui topi, il modello a cascata di patterning prevede che la configurazione molare sia determinata principalmente dalla distribuzione spaziale e temporale di un insieme di cellule di segnalazione.
I gruppi di cellule di segnalazione (e le loro cuspidi risultanti) che si sviluppano prima influenzano fortemente l'espressione delle cuspidi che si sviluppano più tardi. Questo effetto a cascata può favorire un aumento delle dimensioni e del numero di cuspidi aggiuntive o limitare il loro sviluppo per produrre più piccoli, meno cuspidi. Non era noto se questo tipo di semplice fenomeno evolutivo a cricchetto potesse spiegare la vasta gamma di configurazioni molari presenti nelle scimmie e negli antenati umani.
Utilizzando la tomografia microcomputerizzata all'avanguardia e la tecnologia di imaging digitale applicata a centinaia di molari fossili e recenti, Ortiz e colleghi hanno creato mappe virtuali del panorama dentale dei denti in via di sviluppo per tracciare la posizione precisa delle cellule di segnalazione embrionali da cui si sviluppano le cuspidi molari. Con grande sorpresa del team di ricerca, le previsioni del modello mantenuto, non solo per gli umani moderni, ma per oltre 17 specie di scimmie e ominidi si sono diffuse in milioni di anni di evoluzione e diversificazione dei primati superiori.
"Non solo il modello funziona per spiegare le differenze nella progettazione molare di base, ma è anche abbastanza potente da prevedere con precisione la gamma di varianti in termini di dimensioni, forma, e ulteriore presenza di cuspidi, dal più sottile al più estremo, per la maggior parte delle scimmie, ominidi fossili, e gli uomini moderni, "dice Ortiz.
Questi risultati si adattano a un corpus crescente di lavori all'interno della biologia evolutiva dello sviluppo che molto semplice, regole di sviluppo semplici sono responsabili della generazione della miriade di complessità delle caratteristiche dentali che si trovano all'interno dei denti dei mammiferi.
"Il risultato più entusiasmante è stato quanto bene i nostri risultati si adattassero alla visione emergente secondo cui l'evoluzione dell'anatomia complessa procede per piccoli, sottili modifiche al toolkit di sviluppo sottostante piuttosto che da grandi passi avanti, "dice Gary Schwartz, un paleoantropologo presso l'Institute of Human Origins dell'ASU e coautore dello studio.
Questo nuovo studio è in linea con l'idea che semplice, sottili alterazioni nel modo in cui i geni codificano per caratteristiche complesse possono portare alla vasta gamma di diverse configurazioni dentali che vediamo negli ominidi e nei nostri cugini scimmie. Fa parte di un cambiamento nella nostra comprensione di come la selezione naturale possa generare prontamente e rapidamente una nuova anatomia adatta a una particolare funzione.
"Che tutto questo preciso, informazioni dettagliate sono contenute in profondità all'interno dei denti, "continuò Schwartz, "anche i denti dei nostri parenti fossili estinti da tempo, è semplicemente straordinario."
"La nostra ricerca, dimostrando che una singola regola di sviluppo può spiegare le innumerevoli variazioni che osserviamo tra i mammiferi, significa anche che dobbiamo stare attenti a dedurre relazioni di specie estinte basate su una forma condivisa, "ha detto Shara Bailey, coautore e paleoantropologo della New York University. "Sta diventando più chiaro che le somiglianze nella forma del dente potrebbero non indicare necessariamente una recente discendenza condivisa, " ha aggiunto Bailey.
