새로운 연구에 따르면 전형적인 포유류처럼 생긴 곰은 오랜 진화 역사에서 어금니 발달에 두 번의 "불규칙한 작업"을 수행해 포유류의 보편적인 치아 성장 청사진으로 간주되는 것을 깨뜨렸습니다. 이러한 고대 변형은 살아있는 곰의 구강 구조에 여전히 명확하게 보존되어 있습니다.

이 연구는 바이에른 주립 자연과학 컬렉션(SNSB)의 과학자들에 의해 수행되었습니다. 그들은 최소 1,300만 년에 걸친 곰 턱 화석과 어금니 화석을 체계적으로 분석하여 살아있는 종과 비교했습니다. 그들은 고대 곰이 새로운 형태의 어금니를 진화시켰을 뿐만 아니라 분자 신호 수준에서 포유류 어금니 생산에 있어서 "억제 연속 모델(ICM)"의 규칙을 재프로그램했다는 사실을 발견했습니다. 이 "프로그램 수정"은 두 번의 주요 기후 및 환경 격변 중에도 수행되었습니다.

전통적인 포유류의 어금니 발달은 매우 안정적인 프로그램을 따릅니다. 첫 번째 어금니는 형성될 때 화학적 신호를 방출하여 다음 어금니의 성장을 부분적으로 억제하고 아래턱을 따라 앞에서 뒤로 규칙적인 부피 구배를 형성합니다. 그러므로 어금니의 크기 조합만으로 육식성, 초식성, 잡식성을 대략적으로 판단할 수 있다. 그러나 연구에 따르면 우르시드는 본질적으로 "분류하기 어렵다"는 사실이 밝혀졌습니다. 두 번째 어금니(m2)가 매우 커서 이 고전적인 모델과 결코 일치하지 않습니다. 이 이상한 기능은 진화 초기에 나타났습니다.

첫 번째 중요한 "다시 쓰기"는 약 360만년 전에 발생했습니다. 주인공은 후기 선신세에 살았던 우르수스 미니무스(Ursus minimus)로 현생 곰 대부분의 공통조상으로 여겨진다. 연구에 따르면 이전의 Ursus boeckhi와 비교하여 이 기간 동안 곰의 중간 어금니가 상당히 커졌습니다. 이는 유럽이 따뜻하고 습한 아열대 숲에서 숲과 신흥 초원이 지배하는 더 시원하고 건조한 환경으로 전환하는 것과 일치합니다. 원래 풍부했던 작은 척추동물과 나무에 오르는 동물의 수가 감소하고 큰 초식 동물이 증가했지만 사냥하기가 어려웠습니다. 식물 먹이, 지하 뿌리, 씨앗, 견과류 및 다양한 무척추 동물을 쉽게 구할 수 있게 되면서 이 작은 곰은 육식 동물에서 전형적인 잡식 동물로 전환하게 되었습니다.

식이 구조의 이러한 변화에 적응하기 위해 U. boeckhi와 U. minimus 사이의 곰은 어금니 발달 신호에서 필수적인 조정을 거쳤습니다. 즉, 첫 번째 어금니(m1)에서 방출되는 억제 신호가 약화되어 두 번째 어금니가 "규격을 돌파"하고 극도로 커질 수 있는 기회를 제공합니다. 연구팀은 이 새로운 구성을 "부분 억제 캐스케이드"라고 부릅니다. 즉, 전체 시퀀스는 여전히 일반적으로 포유류 어금니의 기울기 방향을 따르지만, 전체 시퀀스는 전체적으로 확대된 m2에 의해 "상승"되어 원래 모델을 완전히 뒤집지 않고도 더 강한 분쇄 능력을 얻게 됩니다. 따라서 U. minimus는 포유류 진화 역사상 "어금니 프로그램의 수정"을 명확하게 기록한 최초의 곰 대표자가 되었습니다.

두 번째 "예외"는 약 125만년에서 70만년 전의 초기-중기 홍적세 전환기 동안 발생했습니다. 이때 유럽 초원은 계속해서 확장되고 기후는 계속 냉각되었습니다. 이는 동굴곰 조상 Ursus deningeri의 출현과 밀접하게 일치합니다. 이 기간 동안 곰은 초식동물로 더욱 이동했습니다. 연구에 따르면 어금니 발달 프로그램이 다시 조정되었습니다. 이번에는 두 번째 어금니(m2)의 억제 신호가 약화되어 세 번째 어금니(m3)가 확대되어 뒷부분의 씹는 표면이 증가하고 식물성 식품의 "분쇄 능력"이 크게 강화되었습니다. U. deningeri와 같은 초기 동굴곰 화석에서는 m3에 대한 m2의 부피 비율이 고전 모델의 기대치를 크게 초과했습니다.

SNSB 포유류 컬렉션 책임자인 Anneke van Heteren은 이러한 두 가지 조정은 곰이 진화하는 동안 각 어금니의 성장을 제어하는 ​​억제 신호와 활성화 신호의 비율이 크게 이동했으며 이러한 변화는 육식성에서 잡식성, 심지어 고도의 초식성으로 식단의 변화와 밀접한 관련이 있음을 나타냅니다. 즉, 곰은 급변하는 기후와 생태환경에 직면했을 때 단순히 치관의 모양이나 물림 방식을 조정하는 것으로 반응하는 것이 아니라, 직접적으로 '소스 코드를 터치'하여 치아가 생성될 때 화학 신호의 균형을 변경합니다.

더욱 흥미로운 점은 이러한 고대의 "프로그램 패치"가 오늘날에도 살아있는 곰에게 여전히 깊은 영향을 미치고 있다는 것입니다. 불곰(Ursus arctos)과 아메리카흑곰(Ursus americanus)은 선신세(Pliocene)의 잡식 단계를 반영하는 큰 두 번째 어금니를 여전히 유지하고 있으며, 이는 분명히 이러한 규칙 위반을 물려받은 것입니다. 거의 전적으로 육식성인 북극곰(Ursus maritimus)조차도 여전히 입안의 어금니 구성에 대해 이 오래된 계획을 사용하지만, 식물을 효율적으로 갈아주기 위해 더 이상 이 이빨에 의존할 필요가 없습니다.

또 다른 "독특한" 가지로는 자이언트 판다(Ailuropoda melanoleuca)가 있습니다. 연구에 따르면 자이언트 팬더는 기본 패턴에서 여전히 고대 규칙의 획기적인 발전의 그림자를 볼 수 있지만 이후의 진화 경로는 더 급진적입니다. 확대된 어금니에 의존하는 대신 턱 구조를 강화하고 뺨 치아를 두껍게 하며 일부 소구치가 무거운 연삭 작업을 수행할 수 있도록 함으로써 특히 고섬유질 대나무 식단을 위한 "강력한 씹는 기계"를 만드는 것이 더 좋습니다.

그러나 남아메리카의 안경곰(Tremarctos ornatus)은 이 연구 프레임워크에서 일시적으로 "미해결 미스터리"가 되었습니다. 이 종은 또한 거대한 두 번째 어금니의 전형적인 패턴을 보여 주지만, 밀접하게 관련된 짧은 주둥이 곰의 화석 샘플이 이 분석에 포함되지 않았기 때문에 과학자들은 이 시스템이 언제, 어떤 신호 조정을 통해 독특한 치아 진화 궤적을 시작했는지 아직 결정할 수 없었습니다. 연구팀은 안경곰도 유사한 "억제 폭포" 재프로그래밍 과정을 경험했는지 여부를 확인하는 데 도움이 되도록 Arctotheriini 그룹에 대한 추가 화석 연구를 요청했습니다.

저자들은 억제성 연쇄 모델이 광범위한 포유류 분류군에 걸쳐 매우 강력하다는 점을 강조합니다. 따라서 곰에서 이 규칙에서 두 가지 분명한 편차가 있다는 기록은 특히 놀랍습니다. 그들은 치아 형태를 변경하여 식단 변화에 적응했을 뿐만 아니라 발달 생물학 수준의 엄격한 내부 제한을 "우회"하고 어금니의 성장 프로그램을 직접 "다시 작성"했습니다. 이러한 과감한 진화 시도는 지금도 그들의 치열에 새겨져 있다.

관련 연구는 "Boreas" 저널에 게재되었으며 Bavarian State Collection of Natural Sciences가 주도했습니다. 또한 환경 변화와 종의 진화에 대한 이야기를 재구성한다는 측면에서 '자연의 블랙박스'인 치아가 나타나는 것보다 훨씬 더 '웅변적'임을 보여줍니다.