변동하는 기후와 식습관 혁신으로 장비치 치아 특성의 급격한 진화가 이루어졌습니다.

자연 생태학 및 진화(2023)이 기사 인용

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적응 표현형을 형성하는 선택적인 힘의 식별은 일반적으로 현재의 서식지와 기능에 의존하지만 이는 적응이 발생한 맥락과 다를 수 있습니다. 더욱이, 변동하는 환경에서 적응적 변화를 고정하는 것과 장기적인 추세의 메커니즘은 여전히 ​​잘 이해되지 않고 있으며, 이러한 과정을 촉발하는 행동의 역할도 마찬가지입니다. 시계열 화석은 이러한 질문에 대한 증거를 제공할 수 있지만, 장기간에 걸쳐 적절한 화석 및 프록시 데이터를 갖춘 개별 계통의 예는 드뭅니다. 여기에서 우리는 지난 2,600만 년 동안 동아프리카의 장비치 치아 진화에 대한 새로운 데이터를 제시하고, 식이, 식생 및 기후(건조)의 대리 증거와 관련하여 형태학적 변화의 시간적 패턴을 추적합니다. 우리는 식이 요법의 행동 실험이 환경적 맥락과 상관관계가 있으며 치아 특성의 주요 적응 변화가 식이 요법과 환경의 변화를 따르지만 저작 시스템에서 기능적 혁신을 획득한 후에만 가능하다는 것을 보여줍니다. 우리는 선택적인 요인에 따라 특성을 분할하여 높은 다중 능선 어금니의 획득이 주로 먼지 축적이 많은 개방적이고 건조한 환경의 증가에 대한 반응인 반면 법랑질 접힘은 식단의 풀 양과 더 관련이 있음을 보여줍니다. 우리는 또한 이러한 특징의 장기적인 추세가 래칫 모드에서 진행되어 선택 압력이 높을 때 방향 변화와 선택 체제가 반전될 때 정체 상태를 번갈아 가며 진행되었음을 보여줍니다. 이는 현재 사용보다 더 극단적인 조건에 적응된 형태에 대한 설명을 제공합니다(Liem의 역설). 우리의 연구는 적절한 층위학 제어 및 프록시 데이터를 갖춘 화석 시리즈에서 환경 및 행동 요인이 형태학적 변화의 시계열에 매핑될 수 있는 방법을 보여 주며 적응 복합체의 획득 모드를 조명합니다.

환경 변화에 대응하는 진화의 속도와 방식, 그리고 이 과정에서 행동 혁신의 역할1은 적응 특성의 기원을 이해하는 데 중요합니다. 시간이 지남에 따라 특성과 환경 변수 사이의 기능적 관계가 어떻게 나타나는지 이해하는 것도 예측 생태학적 분석에서의 사용을 뒷받침합니다. 포유류 화석 기록에서 가장 눈에 띄는 경향 중 하나는 높은 치아관(hypsodonty)의 진화입니다2,3,4,5. 여러 목의 초식 포유류의 종은 후기 중신세 전 지구적 기후와 식생 변화에 대한 명백한 반응으로 최면류가 되었습니다. 이로 인해 아프리카, 아시아, 아메리카 및 지중해 지역의 일부 지역에서 건조화와 초원이 확산되었습니다. 이는 일반적으로 섭식으로 인한 마모 증가에 대한 반응으로 간주되지만, 연마성 식물(특히 식물석이 풍부한 풀) 또는 음식과 함께 섭취된 무기 먼지 또는 모래가 최면증 진화의 주요 동인인지 여부는 논쟁의 여지가 있습니다6,7, 8,9,10,11,12,13. 더욱이, 절단 또는 전단 엽의 수 및 법랑질 두께의 변화와 같은 다른 치아 특성의 진화 동인은 훨씬 덜 잘 알려져 있습니다.

여기에서 우리는 신생대부터 동아프리카 제4기까지의 장비목(코끼리 및 친척)에 중점을 두고, 최면체 및 기타 치아 특성의 극적인 변화를 나타내는 정교하게 분해된 층위학을 통해 풍부한 화석 유적에 대한 새로운 데이터를 제시합니다. 이는 특히 아프리카에서 약 1,000만~7백만년 전(Ma) 'gomphothere' 장비목(확장 데이터 그림 1 및 보충 정보 섹션 1)의 측계통 집합체 내에서 발생한 실제 코끼리(코끼리과)의 진화에서 볼 수 있습니다. . 그곳에서 그들은 현존하는 아프리카 코끼리(Loxodonta)와 아시아 코끼리(Elephas), 멸종된 매머드(Mammuthus), 곧은 엄니 코끼리(Palaeoloxodon)15를 포함한 여러 속으로 분화했으며, 동시에 식이 적응도 변화했습니다.