Зуби та щелепи цихлід

Категорія Акваріум

Зуби та щелепи цихлід: аквастоматологія

Зуби є еволюційно давньою структурою. У той час як ми часто думаємо, що зуби нерозривно пов`язані з щелепами, вони вперше розвиваються в глотці безщелепних риб близько 500.000.000 років тому. Як би дивно це не звучало, зуби виникли раніше за щелепи. Подібно до волосся і пір`я, є можливість вивчати зуби як шаблонні, повторювані структури, які постійно замінюються протягом життя.
Це, звичайно, не відноситься до ссавців, проте вірно щодо цихлід. Деякі цихліди мають близько 3000 зубів. Кожен конкретний зуб змінюється кожні 50-100 днів. Це відбувається завдяки стволовій клітинній ніші, пов`язаній з кожним зубом. Здатність змінювати зуби протягом життя, на жаль, була втрачена у ссавців.
Механізми утворення зубів у горлянці невідомі, але можна бачити це еволюційне явище в природі. Деякі нижчі хребетні, подібні до даніо-реріо, мають зуби тільки в глотці. Ссавці, такі як миша і людина, мають зуби тільки в ротовій порожнині.

Цихліди мають зуби як у глотці, так і в ротовій порожнині. Ця унікальна еволюційна особливість дозволяє поставити питання, яке є відправною точкою цього дослідження (PLoS Biology - журнал, організація-одержувач «Національний Інститут з Дослідження Зубів та Щелепно-лицьової Області» (NIDCR)). Чи однаково регулюється кількість зубів, розташованих у глотці та в ротовій порожнині?

На малюнку щелепи Pseudotropheus elongatusНа малюнку глоткові зуби

Малавійські цихліди мають як глоткові зуби,
так і зуби в ротовій порожнині

Дане питання представляється вкрай цікавим та інтригуючим. Дві щелепи є не тільки функціонально відокремленими та еволюційно не пов`язаними, але зуби, що розвиваються на них, мають абсолютно різних попередників. Зуби формуються завдяки взаємодії двох клітинних шарів – епітелій та мезенхіму. Глоточні зуби можливо використовують ентодерму як епітеліальний шар, а зуби ротової порожнини точно використовують ентодерму. Якщо кількість глоткових зубів регулювалося, або контролювалося подібно до зубів ротової порожнини, це могло свідчити про те, що зуби створені одним шляхом, незважаючи на те, скільки їх і де вони розвиваються.
У цій роботі, на подив дослідників, було виявлено, що кількість зубів регулювалося схоже у двох щелепах. Щелепи ротової порожнини та глотки функціонували за загальними умовами щодо кількості зубів.
Як виявилося, було виявлено загальні гени, які формують зубну мережу генів. Ця мережа є загальною для більшої частини зубного ряду. Крім генів, відкритих у попередніх дослідженнях, були виявлені гени eda і edar. Передбачається, що дані гени залучені виключно до утворення ентодермальних тканин. Однак у роботі гени були задіяні у прорізуванні глоткових зубів, які, як здається, утворюються з ендодерми. Таким чином, була розкрита роль eda та edar у тканинах, утворених з ендодерми. Також відзначається ідея про те, що перед щелепами, волоссям, лускою, пір`ям та іншими ентодермальними тканинами завжди діють ці гени в зубній мережі глибоко в глотці.

Вдалося описати дві речі. По-перше, генетичну мережу предків, яка виявляє активність у давній популяції зубів. По-друге, що можливо більш важливо, описані ядро зубної мережі - набір генів, що зберігається у всіх зубах, які відомі нам у риб, мишей та людини. Таким чином, що дуже цікаво, були об`єкти, які не тільки потрапляли в мережу (подібно до генів eda і edar), але й об`єкти, які випадали з неї. Зокрема, візьмемо гени pax9 та fgf8, які є суттєвим компонентом зубного апарату ссавців. Ці гени або не експресуються у всіх, або експресуються тільки в зубах ротової порожнини, але в глоткових зубах. Це свідчить про те, що вони не є еволюційно важливими в утворенні зубів.
Роботи в даній галузі дуже важливі для пояснення еволюції зубів. Якщо створити зуби на культурі або в пробірці, можна отримати інформацію про необхідні молекули для даного процесу. Навіть якщо деякі з цих генів є генетично суттєвими для зубів ссавців, можливо, є інші шляхи опису утворення зубів в еволюційній біології.
На сьогоднішній момент залишається під питанням, як запропонована модель може допомогти у практичному плані для лікування зубів. Вкрай цікавим є взаємозв`язок між генотипом та фенотипом, і яким чином генетична інформація може бути використана для виявлення захворювань у людини. Багато із запропонованих в даний час моделей, що включають моделі миші, даніо-реріо, дрозофіли, представлені гомогенними та вродженими лініями. Іншими словами, вони підтримують легкий шлях розвитку генетики. Люди мають гетерогенні геноми, і тому складно виявити специфічні генетичні причини хвороби. У дослідженнях на цихлідах та в деяких інших еволюційних моделях ведеться їх зіставлення для кращої картини генотипу та фенотипу. Дані моделі демонструють гетерогенні геноми, подібні до людських, і генетично-фенотипічна картина ймовірно ускладниться.

Наразі поширене протезування та заміна втрачених зубів на керамічні аналоги. Для переходу на новий рівень протезування необхідно зрозуміти природні регенеративні здібності зубів. Це дуже цікаво. Первинною моделлю, використаною у дослідженні людських зубів, є миша, і в неї немає оновлення всіх зубів.
Так, у мишей ніша стовбурових клітин пов`язана з її різцями. Проте, її різці не замінюються (виняток становлять деякі генетичні мутанти). Вони оновлюються за допомогою постійного зростання. Різці мишей також не мають тенденцію набувати комплекс форм. Існує розбіжність простору та розвитку між різцями та корінними зубами мишей. Корінні зуби приймають комплекс форм, але не оновлюються та не замінюються. У риб виявлено заміну зубів, їх оновлення та можливість приймати комплекс тривимірних форм протягом розвитку.
Розвиток, оновлення та формоутворення зубів є генетично детермінованими процесами в організмах подібних до цихлідів. Проте, здається, що у еволюційному розвитку хребетних ці процеси стали розходитися у просторі та часі. Що ми зараз і спостерігаємо у мишей, зокрема, корінні зуби змінюють форму, але не відновлюються. Різці відновлюються, але не змінюють форму.

Адаптований переклад,
ua.animalukr.ru дякує Наталії Польській
за наданий матеріал