Från de små ossikonerna på en giraff till de gigantiska hornen hos en älghane – som kan växa lika bred som en bil – är huvudbonaderna hos idisslare hovdäggdjur extremt varierande, och ny forskning tyder på att trots de fysiska skillnaderna är grundläggande aspekter av dessa beniga anpassningar har troligen utvecklats från en gemensam förfader.
Detta fynd publiceras idag i tidskriften Communications Biology av forskare från American Museum of Natural History och Baruch College och CUNY Graduate Center.
"Horn och horn är otroligt olika strukturer, och forskare har länge diskuterat deras evolutionära ursprung", säger Zachary Calamari, biträdande professor vid Baruch College och CUNY Graduate Center och en forskarassistent vid museet. "Denna genomforskning tar oss inte bara närmare att lösa ett evolutionärt mysterium, utan hjälper oss också att bättre förstå hur ben bildas i alla däggdjur."
Det finns cirka 170 moderna idisslare hovdäggdjursarter med huvudbonader, och många fler i fossilregistret. De huvudbonader vi ser idag finns i fyra typer – horn, horn, ossikoner och utskottshorn – och de används på en mängd olika sätt, inklusive för försvar, igenkänning av andra medlemmar av arten och parning. Fram till nyligen var forskare osäkra på om dessa olika beniga huvudbonader utvecklades oberoende i varje grupp av idisslare eller från en gemensam förfader.
Som en jämförande biologi Ph.D. student vid museets Richard Gilder Graduate School, Calamari började undersöka denna fråga med hjälp av genomisk och datorbaserad 3D-formanalys. I samarbete med museets Frick-kurator för fossila däggdjur John Flynn fokuserade Calamari på att sekvensera transkriptom, generna som uttrycks i en vävnad vid en viss tidpunkt, för huvudbonader.
Deras forskning stöder idén att alla former av idisslarens huvudbonader har utvecklats från en gemensam förfader som parade beniga utväxter från djurens "panna", området nära skallbenens frontalben.
"Våra resultat ger fler bevis för att horn bildas från kranialneurala krönet, ett embryonalt cellskikt som bildar ansiktet, snarare än från cellerna som bildar benen på sidorna och baksidan av huvudet," sa Flynn. "Det är slående att det är samma celler som bildar horn. Och de distinkta mönstren för genuttryck i boskapshorn och hjorthorn, i förhållande till andra ben- och hudvävnadskontroller, ger övertygande bevis på delat ursprung för grundläggande aspekter av dessa spektakulära benstrukturer hos en gammal förfader."
Genom att jämföra deras nyligen sekvenserade transkriptom för nötkreaturshorn med transkriptom av hjorthorn och grishud, bekräftade Calamari och Flynn för första gången med transkriptom att familjespecifika skillnader i huvudbonad sannolikt utvecklades som utarbetningar av en allmän benstruktur som ärvts från en gemensam förfader.
"Förutom genuttrycksmönster som stöder ett enda ursprung för horn och horn, visar våra resultat också att regleringen av genuttrycksmönster i dessa strukturer kan skilja sig från andra ben," sa Calamari.
"Dessa resultat hjälper oss att förstå hornens och hornens evolutionära historia och kan tyda på att skillnader i andra kraniala bihang från idisslare, som ossikoner och spetshorn, också är utarbetningar av ett gemensamt förfäders kranialbihang."
Mer information: Zachary T. Calamari et al, Genuttryck stöder ett enda ursprung för horn och horn hos hovdäggdjur, Communications Biology (2024). DOI:10.1038/s42003-024-06134-4
Journalinformation: Kommunikationsbiologi
Tillhandahålls av American Museum of Natural History
