Em todo o mundo dos mamíferos, dentes vêm em todos os tipos de formas e tamanhos. Seu tamanho e forma particulares são o processo de milhões de anos de ajuste fino evolutivo para produzir dentes que podem efetivamente quebrar os alimentos na dieta de um animal. Como resultado, mamíferos intimamente relacionados e com um menu semelhante tendem a ter dentes bastante semelhantes. Uma nova pesquisa sugere, Contudo, que essas semelhanças podem ser apenas "superficiais".

Os dentes na parte de trás de nossas bocas - os molares - têm uma série de saliências, cumes, e sulcos na superfície de mastigação. Esta complexa paisagem dentária é o produto do arranjo espacial das cúspides, que são projeções cônicas da superfície que esmagam os alimentos antes de engolir. Quantas cúspides existem, como eles estão posicionados, e que tamanho e forma eles assumem juntos determinam a forma ou configuração geral de nosso molar.

Ao longo da evolução dos hominídeos (humanos modernos e seus ancestrais fósseis), molares mudaram significativamente em sua configuração, com alguns grupos desenvolvendo cúspides maiores e outros molares evoluindo com uma bateria de cúspides extras menores.

O mapeamento dessas mudanças produziu percepções poderosas sobre nossa compreensão da história da população humana moderna. Até nos permitiu identificar novas espécies fósseis de hominídeos, às vezes apenas de restos de dentes fragmentados, e reconstruir quais espécies estão mais intimamente relacionadas com quem. Exatamente como algumas populações de humanos modernos, e algumas espécies fósseis de hominídeos, evoluíram molares complexos com muitas cúspides de tamanhos variados, enquanto outros desenvolveram configurações molares mais simplificadas, Contudo, É desconhecido.

Em um estudo publicado esta semana em Avanços da Ciência , uma equipe internacional de pesquisadores do Instituto de Origens Humanas e da Escola de Evolução Humana e Mudança Social da Arizona State University, Universidade de Nova York, Universidade de Kent, e o Instituto Max Planck de Antropologia Evolucionária descobriram que um simples, A regra de desenvolvimento direta - a "cascata de padrões" - é poderosa o suficiente para explicar a enorme variabilidade na configuração da coroa molar nos últimos 15 milhões de anos de evolução humana e dos macacos.

"Em vez de invocar grandes, cenários complicados para explicar as principais mudanças na evolução molar durante o curso das origens dos hominídeos, descobrimos que ajustes e alterações simples a esta regra de desenvolvimento podem ser responsáveis ​​pela maioria dessas mudanças, "diz Alejandra Ortiz, um pesquisador de pós-doutorado no Instituto de Origens Humanas da Universidade do Estado do Arizona e principal autor do estudo.

Na década passada, a compreensão dos pesquisadores sobre o desenvolvimento da cúspide molar aumentou cem vezes. Eles agora sabem que a formação dessas cúspides é governada por um processo molecular que começa em um estágio embrionário inicial. Com base em trabalho experimental em ratos, o modelo de cascata de padronização prevê que a configuração molar é determinada principalmente pela distribuição espacial e temporal de um conjunto de células de sinalização.

Aglomerados de células sinalizadoras (e suas cúspides resultantes) que se desenvolvem mais cedo influenciam fortemente a expressão das cúspides que se desenvolvem mais tarde. Este efeito em cascata pode resultar em favorecer um aumento no tamanho e no número de cúspides adicionais ou restringir seu desenvolvimento para produzir menores, menos cúspides. Não se sabe se esse tipo de fenômeno de catraca de desenvolvimento simples poderia explicar a vasta gama de configurações molares presentes nos macacos e na ancestralidade humana.

Usando micro tomografia computadorizada de última geração e tecnologia de imagem digital aplicada a centenas de fósseis e molares recentes, Ortiz e seus colegas criaram mapas virtuais da paisagem dentária dos dentes em desenvolvimento para mapear a localização precisa das células de sinalização embrionárias a partir das quais as cúspides molares se desenvolvem. Para grande surpresa da equipe de pesquisa, as previsões do modelo se sustentaram, não apenas para humanos modernos, mas há mais de 17 espécies de macacos e hominídeos espalhadas por milhões de anos de evolução e diversificação superiores de primatas.

"O modelo não funciona apenas para explicar as diferenças no design básico dos molares, mas também é poderoso o suficiente para prever com precisão a gama de variantes em tamanho, forma, e presença de cúspide adicional, do mais sutil ao mais extremo, para a maioria dos macacos, fósseis hominíneos, e humanos modernos, "diz Ortiz.

Esses resultados se encaixam com um crescente corpo de trabalho dentro da biologia evolutiva do desenvolvimento que muito simples, regras de desenvolvimento diretas são responsáveis ​​pela geração da miríade de complexidades de características dentais encontradas nos dentes dos mamíferos.

"O resultado mais empolgante foi o quão bem nossos resultados se encaixam com uma visão emergente de que a evolução da anatomia complexa prossegue por pequenos, ajustes sutis no kit de ferramentas de desenvolvimento subjacente, em vez de grandes saltos, "diz Gary Schwartz, paleoantropólogo do Instituto de Origens Humanas da ASU e co-autor do estudo.

Este novo estudo está alinhado com a visão tão simples, alterações sutis nas maneiras como os genes codificam para características complexas podem resultar na vasta gama de diferentes configurações dentais que vemos entre os hominídeos e nossos primos macacos. É parte de uma mudança em nossa compreensão de como a seleção natural pode rápida e rapidamente gerar uma nova anatomia adequada a uma função específica.

"Que tudo isso preciso, informações detalhadas estão contidas nas profundezas dos dentes, "continuou Schwartz, "até dentes de nossos parentes fósseis extintos, é simplesmente notável. "

"Nossa pesquisa, demonstrando que uma única regra de desenvolvimento pode explicar as inúmeras variações que observamos entre os mamíferos, também significa que devemos ter cuidado ao inferir relações de espécies extintas com base na forma compartilhada, "disse Shara Bailey, co-autor e paleoantropólogo da New York University. "Está se tornando mais claro que as semelhanças na forma do dente podem não indicar necessariamente uma ancestralidade compartilhada recente, "acrescentou Bailey.