在進(jìn)化過程中,，許多物種的特征都是由生態(tài)相互作用所定形的。這種情況在哺乳動物牙齒上很典型——牙齒許多特征都是受到所吃食物的緊密影響的,。但是,，長期以來，研究人員懷疑遺傳和發(fā)育相互作用可能也影響種特異性特征,。
現(xiàn)在,，來自芬蘭赫爾辛基大學(xué)生物技術(shù)研究所的研究人員揭示出了發(fā)育如何影響牙齒的進(jìn)化，并且設(shè)計出一種能預(yù)測許多物種牙齒各個方面的簡單發(fā)育模型,。這項研究的結(jié)果發(fā)表在9月27日的《自然》雜志上,。
在這項進(jìn)化發(fā)育生物學(xué)研究種，Kathryn Kavanagh、Jukka Jernvall和Alistair Evans首次研究了小鼠的臼齒發(fā)育,。與人類牙齒相似,，小鼠的臼齒發(fā)育也是從前往后的順序，因此第一臼齒首先出現(xiàn),，并且較晚發(fā)育的臼齒芽則沿著頜骨順序排列,。通常，最晚發(fā)育的臼齒是第三臼齒,，也就是所說的智齒,。對培養(yǎng)的小鼠臼齒進(jìn)行的實驗揭示出，較晚發(fā)育的臼齒的大小和數(shù)量取決于之前發(fā)育的臼齒,。這種叫做抑制級聯(lián)的機制就棘齒一樣沿著頜骨累積增加牙齒的尺寸差異,。
通過定量他們的實驗，研究人員構(gòu)建出一種簡單的數(shù)學(xué)模型,，能夠用于預(yù)測許多其他鼠種的臼齒相對大小和數(shù)量,。他們證實這種模型能夠精確預(yù)測牙齒比例和數(shù)量。
這項新研究證實,，發(fā)育分子調(diào)節(jié)的研究進(jìn)展最終可能導(dǎo)致確定出發(fā)育如何影響進(jìn)化,。而且，這些信息可能有助于解釋現(xiàn)代人智齒造成的問題,。
智齒,，學(xué)名第三大臼齒，俗稱智慧齒,，立事牙,，是口腔最靠近喉嚨的牙齒，如果全部生長出來一共4顆,，上下顎各兩顆,，一般是于16歲或之后才生長出來，相較于幼兒時期長出的乳齒與兒童時期更換的恒齒,，智齒通常是在人類心智已經(jīng)趨于成熟時才長出,，因而得名。在智齒的生長方面,，個體差異很大,，有的人20歲之前，有的人40,、50歲才長,，有的人終生不長,，這都是正常的,。而且四顆智齒也不是都必然會長全，某些人的智齒可能只長1至2顆，有的智齒甚至長到一半就不再生長,，這種情況稱為智齒阻生,。
智齒的退化可能有兩個原因：第一，在人類從猿進(jìn)化而來的過程中下顎體積變小,，沒有頜骨空間留給智齒,；第二，可能與口腔衛(wèi)生有關(guān),，古代的青年人有幾顆牙齒或大多數(shù)牙齒脫落是件很平常的事,。而這個時候剛剛長出來的智齒就會發(fā)揮作用。而現(xiàn)代人口腔醫(yī)學(xué)發(fā)達(dá),，人人都有刷牙的習(xí)慣,，除非發(fā)生意外青年人的牙齒一般都會保持完整，智齒就變成多余的了,。由于沒有生長空間,，智齒生長時往往會有疼痛，且萌出后位置和方向會發(fā)生異常,，大部分人的智齒沒有咀嚼功能,，沒有對咬牙。也就是說,，智齒一般是多余的,，被認(rèn)為是一種痕跡器官。
由于智齒生長的特殊位置,，給它的清潔和治療帶來許多問題,，常引起的疾病有齲齒、牙周炎,、牙髓炎,。由于智齒在最里面，日常刷牙不容易清潔,，容易產(chǎn)生蛀牙,，且智齒往往由于萌發(fā)空間不足出現(xiàn)脹痛，還會侵犯鄰牙,，造成牙疼,。另外，由于沒有對咬牙,，有時智齒會過度萌發(fā),，進(jìn)而影響咬合；還有時會萌發(fā)不足成為阻生齒,，引起牙列不齊,，冠周間隙感染,，張口困難。智齒是第三大臼齒,，對相鄰的第二磨牙有重要影響,。由于大多數(shù)智齒是前傾阻生的，約呈45度角頂在第二磨牙上,，從而形成一個牙冠夾角,，容易嵌塞食物，久之導(dǎo)致第二磨牙齲壞,，甚至牙髓炎,，就算沒有那么嚴(yán)重也會影響第二磨牙的壽命
原始出處:
Nature 449, 427-432 (27 September 2007) | doi:10.1038/nature06153; Received 20 April 2007; Accepted 7 August 2007
Predicting evolutionary patterns of mammalian teeth from development
Kathryn D. Kavanagh1,3, Alistair R. Evans1 & Jukka Jernvall1,2
Evolution & Development Unit, Institute of Biotechnology, PO Box 56 (Viikinkaari 9), FIN-00014 University of Helsinki, Finland
Department of Ecology and Evolution, Stony Brook University, Stony Brook, New York 11794, USA
Present address: School of Marine and Atmospheric Sciences, Stony Brook University, Stony Brook, New York 11794, USA.
Correspondence to: Kathryn D. Kavanagh1,3Jukka Jernvall1,2 Correspondence and requests for materials should be addressed to K.D.K. (Email: [email protected]) or J.J. (Email: [email protected]).
One motivation in the study of development is the discovery of mechanisms that may guide evolutionary change. Here we report how development governs relative size and number of cheek teeth, or molars, in the mouse. We constructed an inhibitory cascade model by experimentally uncovering the activator–inhibitor logic of sequential tooth development. The inhibitory cascade acts as a ratchet that determines molar size differences along the jaw, one effect being that the second molar always makes up one-third of total molar area. By using a macroevolutionary test, we demonstrate the success of the model in predicting dentition patterns found among murine rodent species with various diets, thereby providing an example of ecologically driven evolution along a developmentally favoured trajectory. In general, our work demonstrates how to construct and test developmental rules with evolutionary predictability in natural systems.
