Todos os ouvidos sobre mamíferos antigos

A configuração dos ossos da orelha média em um fóssil antigo sugere que especializações adequadas para o consumo de plantas podem ter influenciado a evolução da articulação da mandíbula para formar a orelha do mamífero.

Anne Weil

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A presença de três ossos delicados no ouvido médio, completamente separados da mandíbula inferior, pode ser usada para distinguir mamíferos existentes de outros vertebrados. Esse arranjo evoluiu independentemente pelo menos três vezes em mamíferos, portanto, não é encontrado em todos os fósseis de mamíferos. Escrevendo na natureza , Wang et al. ¹ descrevo um fóssil recém-descoberto que revela como essas diferentes orelhas médias evoluíram para configurações distintas.

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Os autores nomearam essa espécie anteriormente desconhecida, Jeholbaatar kielanae . Era do tamanho de uma ratazana e passeava pela China há cerca de 120 milhões de anos. Pertencia à linhagem de mamíferos de vida mais longa, os multituberculados. Esses mamíferos tipicamente de corpo pequeno persistiram de 160 a 34 milhões de anos atrás, e diversos membros dessa linhagem se tornaram comuns em todo o Hemisfério Norte ² .
 
Os multituberculados podem ter sido tão bem-sucedidos porque mastigavam de maneira diferente de outros mamíferos. Em vez de cortar alimentos em pedaços usando um movimento de morder vertical como um gato, ou triturar seus alimentos movendo sua mandíbula inferior (a mandíbula) horizontalmente e lateralmente como uma vaca, multitubercula alimentos fatiados e moídos, puxando sua mandíbula horizontalmente, mas para trás. Essa inovação, 'movimento palinal', exigia especializações dos dentes, articulação da mandíbula e musculatura. Contribuiu para a longevidade incomparável da linhagem multituberculada e facilitou a diversificação de grupos, permitindo que os multituberculados usassem as plantas como fonte de alimento em um momento da pré-história, quando outros mamíferos comiam principalmente insetos ou pequenos vertebrados.
 
Wang e colegas argumentam que a adaptação dessa abordagem de mastigação também impulsionou a evolução de um tipo incomum de orelha. Em cada instância independente, as orelhas médias dos mamíferos evoluíram de uma articulação ancestral da mandíbula. Em todos os casos, o osso articular na parte posterior da mandíbula e o osso quadrato (que se tornou o osso da bigorna da orelha média) com o qual ele entrou em contato mantinham a conexão. Esses ossos se deslocaram levemente internamente para formar uma orelha média, juntamente com um osso chamado estribo, presente em ancestrais de mamíferos.

 Outros ossos formaram a articulação da mandíbula que os mamíferos têm hoje. Nos estágios de transição desse processo evolutivo, a conexão entre a orelha média e a mandíbula ainda estava presente em um osso da orelha média chamado martelo, embora a extensão dessa conexão tenha sido reduzida em comparação com a conexão no estado ancestral ³ .  

Tanto a mandíbula quanto a orelha tiveram que funcionar em todas as etapas da transição. Se os multituberculados adotassem a mastigação palinal antes da separação dos ossos do ouvido médio da mandíbula, como esse arranjo funcionaria? A pequena, mas requintadamente preservada orelha média de Jeholbaatar (Fig. 1) é completamente separada da mandíbula, mas fornece o início de uma resposta para essa pergunta.

Figura 1 A evolução dos ouvidos médios dos mamíferos. Wang et al . ¹ relatam a descoberta de um fóssil de uma espécie de mamífero desconhecida anteriormente, Jeholbaatar kielanae . Seu ouvido médio é semelhante ao de um animal extinto chamado Arboroharamiya . a , Essa semelhança pode indicar que Jeholbaatar e Arboroharamiya devem ser agrupados em uma árvore genealógica de mamíferos e sugere que o movimento de mastigação 'palinal' usado por Jeholbaatar e Arboroharamiya tenha uma única origem em um ancestral compartilhado. Também são mostrados nesta árvore os playtpuses ( Ornithorynchus ) e o gambá ( Didelphis ), mamíferos que não usam mastigação palinal e que têm configurações da orelha média distintas entre si e de Jeholbaatar e Arboroharamiya . b , No entanto, há algum debate sobre se Arboroharamiya era mamífero. Caso contrário, como nesta árvore, os ouvidos médios semelhantes de Jeholbaatar e Arboroharamiya evoluíram independentemente. c , As configurações dos ossos do ouvido médio esquerdo dessas quatro criaturas são apresentadas como vistas diretamente de cima, com a frente do animal à direita. As diferentes configurações da bigorna, martelo e ossos adjacentes podem refletir a evolução das especializações da mandíbula antes que os ossos se separem da mandíbula para formar a orelha. (Imagens baseadas na ref. 1 e não mostradas em escala.)

Suspeita-se há muito tempo que, nos ancestrais dos mamíferos, o osso articular e o osso pré-articular da mandíbula ancestral se fundiam para formar o martelo. Descobertas fósseis sugerem que um terceiro osso, o retangular, também se funde com o articular, pelo menos em algumas linhagens ^{3 , 4} . Em Jeholbaatar , o surangular está presente como um osso separado, distinguível ao longo do lado lateral do martelo. O único outro animal em que um surangular separado foi descrito na orelha também compartilha um segundo traço estranho com Jeholbaatar ⁴ : a posição da bigorna na orelha média.
 
A bigorna fica plana no topo do martelo em Jeholbaatar , em contraste com sua posição em humanos e gambás ( Didelphis ), na qual está posicionada posteriormente, atrás do martelo. Esse contato entre a bigorna e o martelo em Jeholbaatar , horizontal e paralelo ao plano em que os dentes se encontrariam, é o que esperaríamos para ver se a mastigação palinal evoluiu antes que a orelha média fosse separada da mandíbula ⁴ .

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Durante os estágios evolutivos de transição, quando o martelo estava conectado à mandíbula, o movimento da mandíbula palinal restringiria o plano no qual o martelo e a bigorna poderiam estar em contato; se a bigorna estivesse na posição posterior mais familiar encontrada na maioria dos mamíferos hoje, teria agido como uma parada no movimento da mandíbula para trás. Uma vez estabelecido o movimento palinal para mastigar, aumentar a distância em que a mandíbula se movia para frente e para trás na articulação da mandíbula tornaria a mastigação mais eficiente. Qualquer amarração restante na orelha teria limitado a distância que a mandíbula inferior poderia percorrer em uma única mastigação, de modo que a pressão de seleção para uma orelha e mandíbula totalmente separadas teria sido forte e a separação completa poderia ter evoluído rapidamente.
 
O outro animal conhecido por ter um esqueleto no ouvido é Arboroharamiya, membro de um grupo antigo conhecido como euharamiyidans, com um elemento palinal na mastigação e uma origem anterior à dos multituberculados ^{4 , 5} . Arboroharamiya, como Jeholbaatar , tem sua bigorna posicionada acima do martelo ^{4 , 6} . A relação entre euharamiyidans e multituberculados na árvore evolutiva é uma questão de intenso debate, com alguns estudos, incluindo o de Wang e colegas, mostrando que eles estão intimamente relacionados com os mamíferos ^{3 , 4 , 7} , enquanto outros colocam euharamiyidans em uma linhagem que ramificou-se antes que o ancestral comum dos mamíferos vivos evoluísse ^{8 , 9} . Se este último cenário for o caso, os euharamiyidans representariam uma quarta instância da evolução independente de uma orelha média totalmente separada.
 
A questão de saber se as semelhanças entre os ouvidos de Jeholbaatar e Arboroharamiya reflete uma estreita relação na árvore evolutiva ou evolução independente (convergente) impulsionada por adaptações mastigatórias semelhantes é ainda mais complicada por outra consideração: a bigorna de ornitorrincos vivos ( Ornithorhynchus ) e equídeos, ou tamanduás-espinhosos ( Tachyglossus ), também estão acima do martelo. Esses mamíferos pertencem a um grupo chamado monotremados, cujo ouvido médio evoluiu independentemente do de outros mamíferos.

 Os monotremados não usam um movimento de mastigação palinal, e os dentes dos monotremados fósseis não sugerem que esse movimento tenha ocorrido nos primeiros membros dessa linhagem ¹⁰ . Eles podem ter esse arranjo de bigorna e martelo por razões totalmente diferentes daquelas que explicam o arranjo desses ossos em multituberculados ou euharamiyidans.  

Os monotremados não retêm uma superfície reconhecível. Se as semelhanças nos ouvidos médios de Jeholbaatar e Arboroharamiya refletem a similaridade funcional na maneira como os animais mastigavam, a superfície não utilizada em Jeholbaatar e Arboroharamiya pode simplesmente refletir a rapidez com que ocorreu a transição para o distanciamento da orelha média da mandíbula. pelo aumento da eficiência no processamento de alimentos que essa separação completa teria proporcionado.
 

doi: 10.1038 / d41586-019-03605-1

Referências

1. 1
   Wang, H., Meng, J. & Wang, Y. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-019-1792-0 (2019).