Cráneo de chimpancé renderizado por TC (izquierda) con imagen ampliada de un molar prácticamente extraído (centro). La capa exterior, llamado esmalte, se vuelve transparente revelando el paisaje tridimensional del núcleo de dentina subyacente de un molar. La ubicación de las células de señalización embrionarias que determinarán la posición futura de las cúspides se indica mediante esferas amarillas (centro). La distribución de estos centros de señalización a lo largo del paisaje dentinario se mide como una serie de distancias entre las cúspides (flechas rojas a la derecha, cima), que determina el número de cúspides que finalmente se desarrollarán a través de una corona molar, así como la cantidad de terreno trazada por cada cúspide (líneas punteadas a la derecha, fondo). Crédito:Alejandra Ortiz y Gary Schwartz
En todo el mundo de los mamíferos, los dientes vienen en todo tipo de formas y tamaños. Su tamaño y forma particulares son el proceso de millones de años de ajuste evolutivo para producir dientes que pueden descomponer de manera efectiva los alimentos en la dieta de un animal. Como resultado, Los mamíferos que están estrechamente relacionados y tienen un menú similar tienden a tener dientes que se ven bastante similares. Una nueva investigación sugiere, sin embargo, que estas similitudes pueden ser sólo "superficiales".
Los dientes en la parte posterior de la boca, los molares, tienen una serie de protuberancias, crestas y surcos a lo largo de la superficie de masticación. Este complejo paisaje dental es producto de la disposición espacial de las cúspides, que son proyecciones de superficie cónica que trituran los alimentos antes de tragarlos. Cuantas cúspides hay cómo están posicionados, y qué tamaño y forma toman juntos determinan la forma o configuración general de nuestro molar.
A lo largo de la evolución de los homínidos (humanos modernos y sus ancestros fósiles), los molares han cambiado notablemente en su configuración, con algunos grupos desarrollando cúspides más grandes y otros molares en evolución con una batería de cúspides adicionales más pequeñas.
Trazar estos cambios ha proporcionado poderosos conocimientos sobre nuestra comprensión de la historia de la población humana moderna. Incluso nos ha permitido identificar nuevas especies de homínidos fósiles, a veces de solo restos de dientes fragmentarios, y reconstruir qué especie está más estrechamente relacionada con quién. Exactamente cómo algunas poblaciones de humanos modernos, y algunas especies de homínidos fósiles, molares complejos evolucionados con muchas cúspides de diferentes tamaños, mientras que otros desarrollaron configuraciones molares más simplificadas, sin embargo, es desconocido.
En un estudio publicado esta semana en Avances de la ciencia , un equipo internacional de investigadores del Instituto de Orígenes Humanos y la Escuela de Evolución Humana y Cambio Social de la Universidad Estatal de Arizona, Universidad de Nueva York, Universidad de Kent, y el Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva encontró que un simple, La regla de desarrollo sencilla, la "cascada de patrones", es lo suficientemente poderosa como para explicar la enorme variabilidad en la configuración de la corona molar durante los últimos 15 millones de años de la evolución de los simios y los humanos.
"En lugar de invocar grandes, escenarios complicados para explicar los mayores cambios en la evolución molar durante el curso de los orígenes de los homínidos, Descubrimos que simples ajustes y alteraciones a esta regla de desarrollo pueden explicar la mayoría de esos cambios, "dice Alejandra Ortiz, investigador postdoctoral en el Instituto de Orígenes Humanos de la Universidad Estatal de Arizona y autor principal del estudio.
En la última decada, La comprensión de los investigadores sobre el desarrollo de las cúspides molares se ha multiplicado por cien. Ahora saben que la formación de estas cúspides se rige por un proceso molecular que comienza en una etapa embrionaria temprana. Basado en trabajo experimental en ratones, el modelo de cascada de patrones predice que la configuración molar está determinada principalmente por la distribución espacial y temporal de un conjunto de células de señalización.
Los grupos de células de señalización (y sus cúspides resultantes) que se desarrollan antes influyen fuertemente en la expresión de las cúspides que se desarrollan más tarde. Este efecto en cascada puede resultar en favorecer un aumento en el tamaño y número de cúspides adicionales o restringir su desarrollo para producir más pequeñas, menos cúspides. Se desconocía si este tipo de simple fenómeno de trinquete del desarrollo podría explicar la amplia gama de configuraciones molares presentes en la ascendencia de los simios y los humanos.
Utilizando la tecnología de imágenes digitales y micro tomografía computarizada de última generación aplicada a cientos de molares fósiles y recientes, Ortiz y sus colegas crearon mapas virtuales del panorama dental de los dientes en desarrollo para trazar la ubicación precisa de las células de señalización embrionarias a partir de las cuales se desarrollan las cúspides molares. Para gran sorpresa del equipo de investigación, las predicciones del modelo sostenidas, no solo para los humanos modernos, pero para más de 17 especies de simios y homínidos distribuidas a lo largo de millones de años de mayor evolución y diversificación de primates.
"El modelo no solo sirve para explicar las diferencias en el diseño básico de los molares, pero también es lo suficientemente potente como para predecir con precisión el rango de variantes en tamaño, forma, y presencia adicional de cúspides, desde lo más sutil hasta lo más extremo, para la mayoría de los simios, homínidos fósiles, y humanos modernos, "dice Ortiz.
Estos resultados encajan con un creciente cuerpo de trabajo dentro de la biología del desarrollo evolutivo que muy simple, Las reglas de desarrollo sencillas son responsables de la generación de la miríada de complejidad de las características dentales que se encuentran dentro de los dientes de los mamíferos.
"El resultado más emocionante fue lo bien que nuestros resultados se ajustan a una visión emergente de que la evolución de la anatomía compleja avanza por pequeñas, ajustes sutiles en el conjunto de herramientas de desarrollo subyacente en lugar de grandes saltos, "dice Gary Schwartz, paleoantropólogo del Instituto de Orígenes Humanos de ASU y coautor del estudio.
Este nuevo estudio está en línea con la opinión de que simple, las alteraciones sutiles en las formas en que los genes codifican características complejas pueden dar como resultado la amplia gama de diferentes configuraciones dentales que vemos en los homínidos y nuestros primos simios. Es parte de un cambio en nuestra comprensión de cómo la selección natural puede generar rápida y fácilmente una nueva anatomía adecuada para una función particular.
"Que todo esto preciso, la información detallada está contenida en lo profundo de los dientes, "continuó Schwartz, "incluso los dientes de nuestros parientes fósiles extintos hace mucho tiempo, es simplemente notable ".
"Nuestra investigación, demostrando que una sola regla de desarrollo puede explicar las innumerables variaciones que observamos entre los mamíferos, también significa que debemos tener cuidado al inferir relaciones de especies extintas basadas en formas compartidas, "dijo Shara Bailey, coautor y paleoantropólogo de la Universidad de Nueva York. "Cada vez está más claro que las similitudes en la forma de los dientes no necesariamente indican una ascendencia compartida reciente, "añadió Bailey.
