Вид, который боялись считать вымершим, — единственная лягушка с настоящими зубами на нижней челюсти
Новое исследование, опубликованное в журнале Evolution, положило конец вековым спорам, подтвердив, что лишь один вид из более чем 7000 современных лягушек имеет настоящие зубы на нижней челюсти. Этим видом оказалась крупная сумчатая квакша Gastrotheca guentheri, которая с момента своего открытия в 1882 году озадачивала ученых наличием, казалось бы, полного набора зазубренных зубов на верхней и нижней челюстях.
Ученые долго не могли определить точную природу этих структур. Настоящие зубы состоят из специфических тканей — дентина и эмали, которые крайне сложно рассмотреть в крошечных зубах лягушек.
«Они невероятно малы, каждый размером с песчинку, — сказал ведущий автор исследования Дэниел Палу, докторант кафедры биологии Университета Флориды. — Без высокоразрешающих методов невозможно подтвердить наличие дентина и эмали».
Лягушки лишены зубов на нижней челюсти с момента своего первого появления в палеонтологической летописи более 200 миллионов лет назад. Существование единственного современного вида с полным набором зубов казалось маловероятным и противоречило давней биологической теории — закону Долло, который гласит, что утраченный сложный признак не может вернуться.
Однако лягушки известны тем, что нарушают правила в отношении зубов. Хотя их базовая форма тела и анатомия оставались в основном неизменными со времен юрского периода, Палу и его коллеги недавно установили, что лягушки теряли зубы более 20 раз независимо и могли возвращать их еще шесть раз в ходе своей эволюционной истории.
Некоторые виды, питающиеся муравьями и термитами, полностью лишены зубов, полагаясь на липкий язык для ловли добычи. Лягушки, охотящиеся на более крупную пищу, часто имеют ряд зубов на верхней челюсти и зазубренное нёбо, что помогает удерживать добычу.
В редких случаях у некоторых видов развились крупные костные «клыки» на нижней челюсти, которые внешне напоминают зубы, но лишены характерных тканей — дентина и эмали. Кроме того, в отличие от системы постоянной замены зубов у других лягушек, эти «клыки» вырастают лишь раз и не заменяются.
Десятилетиями ученые не были уверены, являются ли структуры на нижней челюсти G. guentheri костями, маскирующимися под зубы, или настоящими зубами. Найти образец для решения этого вопроса было непросто. Обитающая в облачных лесах Колумбии и Эквадора, G. guentheri последний раз наблюдалась в 1996 году, что породило опасения о её возможном вымирании.
Несколько экземпляров G. guentheri хранятся в музеях, но из-за их редкости биологи не решались подвергать их разрушительному анализу, необходимому для изучения зубов. Однако Палу смог использовать особенность биологии Gastrotheca и взять в качестве образца не взрослую особь, а сохранившийся эмбрион.
Самки сумчатых квакш носят икру не в водоемах, а в сумке на спине. «В случае G. guentheri из икры вылупляются не головастики, а миниатюрные копии взрослых особей — лягушата», — пояснил Палу.
Исследователи сделали КТ-сканирование челюстей эмбриона и аккуратно окрасили ультратонкие срезы отдельных зубов красителями, которые связываются с эмалью и дентином. Результаты были однозначными: зубы G. guentheri оказались практически идентичны зубам других видов лягушек по форме, развитию и составу тканей.
«Это удивительно, учитывая огромный промежуток времени с момента утраты и возврата зубов, — отметил Палу. — Мы ожидали, что если зубы и вернулись, то они будут как-то отличаться, но этого мы не увидели».
Относительно того, как структуры, отсутствовавшие миллионы лет, вновь появились у этой лягушки, Палу предполагает, что ответ кроется в сложном пути развития зубов, который сохранился у большинства современных амфибий. Хотя расположение зубов может различаться у разных видов, их развитие, вероятно, контролируется одной и той же базовой генетикой, и «включение» зубов на нижней челюсти может быть так же просто, как переключение выключателя.
Палу планирует в ближайшем будущем использовать генетические инструменты для изучения развития и эволюции зубов у лягушек. Однако для G. guentheri и многих других исчезающих видов американских тропиков найти точный ответ может быть уже невозможно. ДНК в музейных образцах со временем деградирует, а немногочисленные стареющие экземпляры G. guentheri вряд ли пригодны для генетических исследований.
«Мы видели, как многие виды в этой группе оказались под угрозой из-за изменения климата, деградации среды обитания и хитридиомикоза, — сказал Палу. — Мы не сможем ответить на эти вопросы, изучая другие группы, потому что таких признаков больше нигде на эволюционном древе лягушек не существует».