Een reconstructie van Morganucodon, met 4 tot 6 cm een van de kleinste voorouders van de zoogdieren. Bob Nicholls, Paleocreations.com

Piepkleine fossielen tonen aan hoe belangrijk kleiner worden was voor de evolutie van de zoogdieren

Het feit dat de voorouders van de zoogdieren alsmaar kleiner zijn geworden, heeft een sleutelrol gespeeld in de uitzonderlijke evolutie van de zoogdieren in de laatste 200 miljoen jaar. Uit een nieuwe studie blijkt dat het kleiner worden de spanningen in de kaaksbeenderen tijdens het eten heeft verminderd. Dat heeft toegelaten dat de kaaksbeenderen evolueerden naar een onderkaak met slechts één kaaksbeen, iets wat alleen bij zoogdieren voorkomt, terwijl andere beenderen uit de kaak in het gehoorapparaat geïntegreerd werden.

De oorsprong van de moderne zoogdieren kan gevolgd worden tot meer dan 200 miljoen jaar geleden, volop in het tijdperk van de dinosauriërs. Sommige dino's groeiden uit tot mee van de grootste landdieren die ooit op de aarde rondgelopen hebben, maar de voorouders van al de moderne zoogdieren volgden een heel andere strategie, namelijk net zeer klein worden. 

Een internationaal team van onderzoekers uit het Verenigd Koninkrijk en de Verenigde Staten heeft nu computeranalyses gebruikt om na te gaan wat er gebeurd is met het skelet van onze piepkleine voorouders. 

Moderne zoogdieren zijn uniek omdat ze als enige een onderkaak hebben die bestaat uit één enkel been waarin de tanden zitten. Alle andere gewervelden bezitten daarentegen complexe onderkaken die bestaan uit minstens vijf of meer beenderen die met elkaar verbonden zijn. Uit de fossielen blijkt dat de onderkaak van onze zoogdier-voorouders in de loop van de evolutie eenvoudiger is geworden, en dat er een nieuw kaaksgewricht werd gevormd terwijl een aantal van de andere beenderen naar het middenoor verhuisden om daar te helpen met het gehoor. 

Die transformatie is een van de belangrijkste innovaties in de evolutionaire geschiedenis van de gewervelden, en ze ligt aan de basis van de uitzonderlijke radiatie en diversificatie van de zoogdieren in de loop van de laatste 220 miljoen jaar, volgens de onderzoekers.  

Hoe het mogelijk is geweest om de onderkaak te vereenvoudigen en te herstructureren, terwijl de dieren toch in staat bleven om zich te voeden en te blijven horen, is al lang een open vraag, en daarop hebben de onderzoekers zich dan ook geconcentreerd.

Een vergelijking tussen de kaak van een niet-zoogdierachtig lid van de amniota, een groep dieren die voortgekomen zijn uit de amfibieën, en een vroeg zoogdier (onderaan). Het os articulare (articulate) en het os angulare (angular) uit de kaak zijn veel kleiner geworden, en een deel geworden van het middenoor, net als het vierkantsbeen of het os quadratum (quadrate) uit de schedel. Het os articulare is de hamer geworden, het vierkantsbeen het aambeeld. Bij zoogdieren bestaat de onderkaak enkel uit het kaakbeen, de tegenhanger van het "dentary bone" bij andere gewervelden.

Minder spanningen

De onderzoekers gebruikten röntgen CT-scans van verschillende fossiele schedels en onderkaken om digitale modellen te ontwerpen die dan onderworpen werden aan verschillende computersimulaties. 

Uit de resultaten bleek dat de geringe grootte van de fossiele zoogdieren in aanzienlijke mate de spanningen in de kaaksbeenderen verminderden tijdens het eten, terwijl de kaken toch nog krachtig genoeg bleven om prooien als insecten te vangen en er door te bijten. 

"Onze resultaten geven een nieuwe verklaring voor hoe de onderkaak van de zoogdieren geëvolueerd is, meer dan 200 miljoen jaar geleden. Zeer klein worden lijkt daarbij cruciaal te zijn geweest voor onze zoogdier-voorouders. Dit liet hen toe om de spanningen in de kaak te verminderen tijdens het eten, en het maakte de herstructurering van de kaaksbeenderen mogelijk", zei doctor Stephan Lautenschlager, de belangrijkste auteur van de studie en een docent aan de University of Birmingham in een persmedeling van de universteit. 

"De evolutie van het kaaksgewricht van de zoogdieren heeft paleontologen al meer dan 50 jaar lang verbijsterd. Door computeranalyses te gebruiken kunnen we verklaringen geven voor hoe onze zoogdier-voorouders in staat waren om een werkende kaak te behouden terwijl ze beenderen ervan coöpteerden in een complex systeem om geluiden te detecteren. Ons onderzoek gaat over het testen van ideeën over wat zoogdieren uniek maakt in het dierenrijk, en hoe dit is kunnen gebeuren", voegde professor Emily Rayfield er aan toe. Rayfield werkt aan de University of Bristol en had de leiding over de nieuwe studie. 

De studie van het internationaal team met onderzoekers van de University of Birmingham, de University of Bristol, de University of Chicago en de University of Hull is gepubliceerd in "Nature".