أظهرت دراسة جديدة أن الدببة، التي تشبه الثدييات النموذجية، قامت "بعمليتين غير منتظمتين" في تطور الأضراس في تاريخها التطوري الطويل، مما أدى إلى كسر ما يعتبر مخططًا عالميًا لنمو الأسنان لدى الثدييات. لا تزال هذه التعديلات القديمة محفوظة بشكل واضح في الهياكل الفموية للدببة الحية.
تم إجراء الدراسة من قبل علماء من مجموعة العلوم الطبيعية في ولاية بافاريا (SNSB). وقاموا بتحليل منهجي لحفريات فك الدب والضرس التي تمتد لما لا يقل عن 13 مليون سنة، وقارنوها بالأنواع الحية. ووجدوا أن الدببة القديمة لم تطور أشكالًا جديدة من الأضراس فحسب، بل أعادت أيضًا برمجة قواعد "النموذج التسلسلي المثبط" (ICM) في إنتاج أضراس الثدييات على مستوى الإشارة الجزيئية. تم إجراء "تعديل البرنامج" هذا أيضًا خلال اضطرابات مناخية وبيئية كبرى.
في الثدييات التقليدية، يتبع تطور الرحى برنامجًا مستقرًا للغاية: يطلق الضرس الأول إشارة كيميائية عند تكوينه، مما يمنع جزئيًا نمو الضرس التالي، ويشكل تدرجًا حجميًا منظمًا من الأمام إلى الخلف على طول الفك السفلي. لذلك، فقط بناءً على مجموعة حجم الأسنان المولية، يمكن للمرء أن يحدد بشكل تقريبي ما إذا كان الشخص آكل اللحوم، أو آكل الأعشاب، أو آكل اللحوم. ومع ذلك، فقد وجدت الأبحاث أن ursids بطبيعتها "يصعب تصنيفها": أضراسها الثانية (م2) كبيرة للغاية ولا تتطابق أبدًا مع هذا النموذج الكلاسيكي. ظهرت هذه الميزة الغريبة في وقت مبكر من تطورها.
حدثت أول "إعادة كتابة" رئيسية منذ حوالي 3.6 مليون سنة. كان بطل الرواية هو Ursus minimus، الذي عاش في أواخر العصر البليوسيني ويعتبر الجد المشترك لمعظم الدببة الحية. تظهر الأبحاث أنه بالمقارنة مع سابقتها أورسوس بوكي، تم تكبير الأضراس الوسطى للدببة خلال هذه الفترة بشكل كبير، والذي تزامن مع انتقال أوروبا من الغابات شبه الاستوائية الدافئة والرطبة إلى بيئة أكثر برودة وجفافًا تهيمن عليها الغابات والمراعي الناشئة: انخفض عدد الفقاريات الصغيرة ومتسلقي الأشجار الوفيرة في الأصل، وعلى الرغم من زيادة الحيوانات العاشبة الكبيرة، كان من الصعب اصطيادها. أصبح من السهل الحصول على الأغذية النباتية والجذور الموجودة تحت الأرض والبذور والمكسرات واللافقاريات المختلفة، مما أجبر هذه الدببة الصغيرة على التحول من الحيوانات آكلة اللحوم إلى الحيوانات آكلة اللحوم النموذجية.
من أجل التكيف مع هذا التغيير في بنية النظام الغذائي، خضعت الدببة الموجودة بين U. boeckhi وU. minimus لتعديلات أساسية في إشارات تطور الضرس: تم إضعاف الإشارة المثبطة الصادرة عن الضرس الأول (m1)، مما يمنح الضرس الثاني الفرصة "لاختراق المواصفات" ويصبح كبيرًا للغاية. يطلق فريق البحث على هذا التكوين الجديد اسم "شلال التثبيط الجزئي"، أي أن التسلسل بأكمله لا يزال يتبع عمومًا اتجاه التدرج لأضراس الثدييات، ولكن يتم "رفع" التسلسل بأكمله بواسطة m2 الموسع ككل، وبالتالي الحصول على قدرة طحن أقوى دون قلب النموذج الأصلي تمامًا. وهكذا أصبح U. minimus أول ممثل للدب في تاريخ تطور الثدييات يسجل بوضوح "تعديل برنامج الأسنان المولية".
"الاستثناء" الثاني حدث خلال الفترة الانتقالية المبكرة للعصر البليستوسيني الأوسط منذ حوالي 1.25 مليون إلى 700000 سنة، عندما استمرت الأراضي العشبية الأوروبية في التوسع واستمر المناخ في البرودة، بالتزامن بشكل وثيق مع ظهور سلف دب الكهف أورسوس دينينجيري. تحولت الدببة خلال هذه الفترة نحو الحيوانات العاشبة. تظهر الأبحاث أنه تم تعديل برنامج تطور الرحى مرة أخرى: هذه المرة تم إضعاف الإشارة المثبطة للرحى الثانية (م2)، لذلك تم تكبير الضرس الثالث (م3)، مما يزيد من سطح المضغ للجزء الخلفي، ويعزز بشكل كبير "قدرة الطحن" للأغذية النباتية. في حفريات دب الكهف المبكرة مثل U. Deningeri، تجاوزت نسبة الحجم من m3 إلى m2 بشكل كبير توقعات النموذج الكلاسيكي.
وأشارت آنكي فان هيتيرين، رئيسة مجموعة SNSB للثدييات، إلى أن هذين التعديلين يشيران إلى أنه خلال تطور الدببة، تحولت نسبة الإشارات المثبطة والمنشطة التي تتحكم في نمو كل ضرس بشكل كبير، وترتبط هذه التحولات بشكل كبير بالتغير في النظام الغذائي من آكلة اللحوم إلى آكلة اللحوم وحتى آكلة اللحوم بشدة. بمعنى آخر، عندما تواجه الدببة المناخ والبيئة البيئية المتغيرة بسرعة، فإنها لا تستجيب فقط من خلال تعديل شكل تيجانها أو طرق العض، ولكن مباشرة "تلمس شفرة المصدر" وتغير توازن الإشارات الكيميائية عند إنتاج الأسنان.
والأمر الأكثر إثارة للاهتمام هو أن "تصحيحات البرنامج" القديمة هذه لا تزال لها تأثير عميق على الدببة الحية اليوم. لا تزال الدببة البنية (Ursus arctos) والدببة السوداء الأمريكية (Ursus americanus) تحتفظ بأضراس ثانية كبيرة تحاكي طورها النهم في العصر البليوسيني، ومن الواضح أنها ورثت هذا الخرق للقواعد. حتى الدب القطبي (Ursus maritimus)، الذي يكاد يكون من آكلات اللحوم بشكل حصري، لا يزال يستخدم هذه الخطة القديمة لتكوين الأضراس في فمه، لكنه لم يعد بحاجة إلى الاعتماد على هذه الأسنان لطحن النباتات بكفاءة.
فرع آخر "منشق" هو الباندا العملاقة (Ailuropoda melanoleuca). تشير الأبحاث إلى أن الباندا العملاقة لا تزال قادرة على رؤية ظلال الاختراقات في القواعد القديمة في أنماطها الأساسية، لكن مسار تطورها اللاحق أكثر جذرية: فبدلاً من الاعتماد على الأضراس المتضخمة، من الأفضل بناء "آلة مضغ شديدة التحمل" خصيصًا لنظام غذائي عالي الألياف من الخيزران من خلال تقوية بنية الفك، وزيادة سماكة أسنان الخد، والسماح لبعض الضواحك بالقيام بمهام الطحن الثقيلة.
ومع ذلك، أصبح الدب ذو النظارة (Tremarctos ornatus) في أمريكا الجنوبية مؤقتًا "لغزًا لم يتم حله" في إطار البحث هذا. يُظهر هذا النوع أيضًا نمطًا نموذجيًا للأضراس الثانية العملاقة، ولكن نظرًا لأن العينات الأحفورية للدببة ذات الخطم القصير المرتبطة بها بشكل وثيق لم يتم تضمينها في هذا التحليل، لم يتمكن العلماء بعد من تحديد متى ومن خلال أي تعديل للإشارة شرع هذا النظام في مسار تطور الأسنان الفريد. دعا فريق البحث إلى إجراء مزيد من الأبحاث الأحفورية على مجموعة Arctotheriini للمساعدة في تحديد ما إذا كانت الدببة ذات النظارة قد شهدت أيضًا عملية إعادة برمجة "سلسلة مثبطة" مماثلة.
يؤكد المؤلفون على أن النموذج التسلسلي المثبط قوي للغاية عبر مجموعة واسعة من أصناف الثدييات، لذا فإن تسجيل انحرافين واضحين عن هذه القاعدة في الدببة كان ملفتًا للنظر بشكل خاص. لم يتكيفوا مع التغيرات في النظام الغذائي عن طريق تغيير شكل أسنانهم فحسب، بل "تجاوزوا" أيضًا القيود الداخلية الصارمة على مستوى علم الأحياء التطوري وقاموا "بإعادة كتابة" برنامج نمو أضراسهم بشكل مباشر. لا تزال هذه المحاولة التطورية الجريئة محفورة في أسنانهم.
وقد تم نشر الأبحاث ذات الصلة في مجلة "بورياس" وأشرفت عليها مجموعة ولاية بافاريا للعلوم الطبيعية. ويظهر كذلك أن الأسنان، "الصندوق الأسود للطبيعة"، أكثر "بلاغة" مما تبدو عليه من حيث إعادة بناء قصة التغيرات البيئية وتطور الأنواع.