Новое исследование показало, что первые челюсти древних людей развились из жабр, чтобы быть сильными и быстрыми. Исследователи считают, что эволюция кусания была очень быстрой, что оказалось решающим для людей и животных, поскольку позволило им перерабатывать более широкий спектр продуктов.

Они посмотрели, как дышащая структура стала кусающей, после того как обнаружили, что челюсти произошли от жаберных дуг - ряда структур у рыб, которые поддерживают их жабры. Почти у всех позвоночных есть челюсти с зубами, которые впервые появились более 400 миллионов лет назад. Эксперты из Бристольского университета обнаружили, что самые ранние челюсти в летописи окаменелостей были пойманы в результате компромисса между максимальной силой и скоростью, но каждое существо в конечном итоге развивалось по-своему.

Сегодня самая быстрая челюсть на Земле - это муравей-ловушка, который смыкает свои челюсти со скоростью от 78 до 145 миль в час - в 2300 раз быстрее, чем мгновение ока. Самыми сильными являются морские крокодилы, которые могут захлопнуть челюсти с силой укуса 16 460 ньютонов, что более чем в 30 раз сильнее, чем у человека.  Исследователи собрали данные о формах ископаемых челюстей во время их ранней эволюции и создали математические модели, чтобы охарактеризовать их.

Модели позволили команде экстраполировать широкий спектр теоретических форм челюстей, которые могли быть исследованы первыми эволюционирующими челюстями. Эти теоретические челюсти были проверены на прочность - насколько вероятно, что они сломаются во время укуса, и на их скорость - насколько эффективно они могли открываться и закрываться. Исследователи заявили, что две функции находятся в компромиссе - это означает, что увеличение силы обычно означает снижение скорости или наоборот.

Это означало, что нашим человеческим предкам пришлось эволюционировать, чтобы найти оптимальный способ сделать челюсти одновременно сильными и быстрыми. Сравнение реальной и теоретической форм челюстей показало, что эволюция челюстей была ограничена формами, которые имеют максимально возможную скорость и силу. В частности, самые ранние челюсти в наборе данных были чрезвычайно оптимальными, и некоторые группы со временем отошли от этого оптимума.

Полученные данные свидетельствуют о том, что эволюция укусов была очень быстрой. Одним из существ, которых изучали исследователи, был Dunkleosteus, высший хищник, доминировавший в океанах девонского периода около 382–358 миллионов лет назад. Он мог быстро открыть и закрыть челюсть, чтобы нанести сильный и смертельный укус. Ведущий автор Уильям Дикин, аспирант Бристольского университета, сказал: «Челюсти являются чрезвычайно важной особенностью гнатостомы - или рта-челюстей. «Они не только чрезвычайно широко распространены, но почти все существа, у которых они есть, используют их одинаково - для захвата пищи и ее переработки.

- Это больше, чем можно сказать о руке, ноге или хвосте, которые можно использовать для чего угодно. «Это делает челюсти чрезвычайно полезными для всех, кто изучает эволюцию функций. Подобным образом можно тестировать очень разные челюсти очень разных животных».  Он добавил: «Здесь мы показали, что исследования большого разнообразия челюстей с использованием теоретической морфологии и адаптивных ландшафтов для выявления их разнообразия в функциях могут помочь пролить свет на вопросы эволюции».

Соавтор Филип Донохью, также из Бристольского университета, сказал: «Самые ранние челюстные позвоночные имеют челюсти всех форм и размеров, что, как долгое время считалось, отражает адаптацию к различным функциям. «Наше исследование показывает, что большая часть этой вариации была одинаково оптимальной для силы и скорости, что делало хищников устрашающими». Другой профессор Бристольского университета, Эмили Рэйфилд, соавтор исследования, добавила: «Новое программное обеспечение, разработанное Уиллом для анализа эволюции челюстных позвоночных, уникально.

«Это позволяет нам отображать пространство дизайна ключевых анатомических инноваций, таких как челюсти, и определять их функциональные свойства. «Мы планируем использовать его для раскрытия многих других тайн эволюционной истории». Новое исследование опубликовано в журнале Science Advances.

https://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-10628079/Human-jaws-evolved-fish-gills-strong-snappy.html