Nie wiedzą o tym, ale zięby Darwina zmieniły świat. Każdy z tych blisko spokrewnionych gatunków – występujących na Wyspach Galapagos – ma dziób o unikalnym kształcie, pasującym do preferowanej diety. Badanie tych ptaków pomogło Karolowi Darwinowi opracować teorię ewolucji poprzez dobór naturalny.
Grupa nietoperzy ma do opowiedzenia podobną – i bardziej ekspansywną – historię ewolucyjną. Istnieje ponad 200 gatunków nietoperzy noctilionoidalnych, głównie w tropikach amerykańskich. Mimo że są bliskimi krewnymi, ich szczęki wyewoluowały w niezwykle różne kształty i rozmiary, aby wykorzystywać różne źródła pożywienia. Artykuł opublikowany 22 sierpnia w Nature Communications pokazuje, że te adaptacje obejmują radykalne, ale także spójne modyfikacje liczby, rozmiaru, kształtu i położenia zębów. Na przykład nietoperzom z krótkimi pyskami brakuje niektórych zębów, prawdopodobnie z powodu braku miejsca. Gatunki z dłuższymi szczękami mają miejsce na więcej zębów i, podobnie jak u ludzi, ich całkowity zestaw zębów jest bliższy temu, jaki miał przodek ssaków łożyskowych.
Według zespołu badawczego odpowiedzialnego za to badanie porównanie gatunków noctilionoidów może wiele ujawnić na temat ewolucji i rozwoju twarzy ssaków, zwłaszcza szczęk i zębów. Jako bonus mogą również odpowiedzieć na kilka nierozstrzygniętych pytań dotyczących powstawania i wzrostu naszych własnych perłowych białek.
„Nietoperze mają wszystkie cztery typy zębów – siekacze, kły, przedtrzonowce i trzonowce – tak jak my” – powiedziała współautorka Sharlene Santana, profesor biologii na Uniwersytecie Waszyngtońskim i kustosz ssaków w Burke Museum of Natural History & Kultura. „A nietoperze noctilionoidalne wyewoluowały ogromną różnorodność diety w ciągu zaledwie 25 milionów lat, co stanowi bardzo krótki czas, aby mogły nastąpić te adaptacje”.
„Istnieją gatunki noctilionoidów, które mają krótkie twarze, jak buldogi z potężnymi szczękami, które mogą gryźć twardą powierzchnię owoców, które zjadają. Inne gatunki mają długie pyski, które pomagają im pić nektar z kwiatów. Jak ta różnorodność ewoluowała tak szybko? Co się wydarzyło? zmienić szczęki i zęby, aby było to możliwe?” powiedziała główna autorka Alexa Sadier, nowa pracownica Instytutu Nauk Ewolucyjnych w Montpellier we Francji, która rozpoczęła ten projekt jako badaczka ze stopniem doktora na Uniwersytecie Kalifornijskim w Los Angeles.
Naukowcy nie wiedzą, co wywołało ten szał adaptacji dietetycznej u noctilionoidów. Jednak obecnie różne gatunki noctilionoidów żywią się owadami, owocami, nektarem, rybami, a nawet krwią – ponieważ do tej grupy zaliczają się także niesławne nietoperze wampiry.
Zespół wykorzystał tomografię komputerową i inne metody do analizy kształtów i rozmiarów szczęk, zębów przedtrzonowych i trzonowych u ponad 100 gatunków noctilionoidów. Wśród nietoperzy znalazły się zarówno okazy muzealne, jak i ograniczona liczba dzikich nietoperzy schwytanych do celów badawczych. Naukowcy porównali względne rozmiary zębów i innych cech czaszki u gatunków stosujących różne rodzaje diety i wykorzystali modelowanie matematyczne, aby określić, w jaki sposób różnice te powstają w trakcie rozwoju.
Zespół odkrył, że u nietoperzy noctilionoidalnych pewne „reguły rozwojowe” powodują, że wykształcają one odpowiedni zestaw zębów, pasujący do ich uśmiechów wynikających z diety. Na przykład nietoperze z długimi szczękami – jak żywiące się nektarem – lub szczękami pośrednimi, jak wiele owadożerców, zwykle miały trzy zęby przedtrzonowe i trzy zęby trzonowe po każdej stronie szczęki. Jednak nietoperze z krótkimi szczękami, w tym większość nietoperzy owocożernych, miały tendencję do porzucania środkowego zęba przedtrzonowego lub tylnego, jeśli nie obu.
„Kiedy masz więcej miejsca, możesz mieć więcej zębów” – powiedział Sadier. „Ale w przypadku nietoperzy o krótszej przestrzeni, mimo że mają mocniejszy zgryz, po prostu brakuje miejsca na wszystkie te zęby”.
Krótsza szczęka może również wyjaśniać, dlaczego wiele nietoperzy o krótkich twarzach ma również szersze przednie zęby trzonowe.
„Pierwsze zęby, które się pojawiają, zwykle rosną, ponieważ nie ma wystarczająco dużo miejsca na pojawienie się kolejnych” – stwierdził Sadier.
„Ten projekt daje nam możliwość faktycznego przetestowania niektórych założeń przyjętych na temat regulacji wzrostu, kształtu i rozmiaru zębów u ssaków” – stwierdziła Santana. „Zaskakująco mało wiemy o rozwoju tych bardzo ważnych struktur!”
Wiele badań dotyczących rozwoju zębów ssaków przeprowadzono na myszach, które mają tylko zęby trzonowe i silnie zmodyfikowane siekacze. Naukowcy nie są do końca pewni, czy geny i wzorce rozwojowe kontrolujące rozwój zębów u myszy działają również u ssaków z bardziej „przodkowymi” zestawami gryzaków – takich jak nietoperze i ludzie.
Sadier, Santana i ich współpracownicy uważają, że ich projekt, który jest w toku, może pomóc w uzyskaniu odpowiedzi na te pytania dotyczące nietoperzy, a także na wiele innych nierozstrzygniętych pytań dotyczących sposobu, w jaki ewolucja kształtuje cechy ssaków. Rozszerzają to badanie, aby uwzględnić siekacze i kły noctylionoidalne, i mają nadzieję odkryć więcej mechanizmów genetycznych i rozwojowych kontrolujących rozwój zębów u tej zróżnicowanej grupy nietoperzy.
„Widzimy tak silną presję selekcyjną u tych nietoperzy: kształty muszą ściśle odpowiadać ich funkcji” – stwierdziła Santana. „Myślę, że w tych gatunkach kryje się o wiele więcej tajemnic ewolucyjnych”.
Współautorami są Neal Anthwal, pracownik naukowy w King’s College London; Andrew Krause, adiunkt na Uniwersytecie w Durham w Wielkiej Brytanii; Renaud Dessalles, matematyk z technologią Green Shield; Robert Haase, pracownik naukowy na Politechnice Drezdeńskiej w Niemczech; Naukowcy z UCLA: Michael Lake, Laurent Bentolila i Natalie Nieves; oraz Karen Sears, profesor na UCLA. Badania finansowane są przez Narodową Fundację Nauki.