由布里斯托爾大學領導的研究人員表明，化石記錄中最早的頜骨陷入了最大限度地提高其力量和速度的權衡之中。幾乎所有的脊椎動物都是有頜脊椎動物，它們在4億多年前首次進化，並以其帶齒的頜骨而聞名。人類的進化成功歸功於頜骨的進化，它使動物能夠處理更多種類的食物。
頜骨是從鰓弓演變而來的，鰓弓是魚類中支持其鰓的一系列結構。2022年3月18日發表在《科學進展》雜誌上的一項新研究，探討了一個呼吸結構如何變成一個咬合結構。為此，位於布里斯托爾地球科學學院的研究人員收集了化石頜骨在早期進化過程中的形狀數據，並建立了數學模型來描述它們的特徵。這些模型使研究小組能夠推斷出廣泛的理論頜骨形狀，這些形狀可能已經被最早進化的頜骨所探索。這些理論上的頜骨被測試了它們的強度–它們在咬合過程中斷裂的可能性有多大，以及它們的速度–它們能多有效地被打開和關閉。這兩種功能是相互權衡的–意味着增加強度通常意味着降低速度，反之亦然。
對比真實和理論上的頜骨形狀發現，頜骨的進化一直被限制在具有最高速度和強度的形狀。具體來說，數據集中最早的頜骨是極其理想的，隨着時間的推移，一些群體的進化遠離了這種最佳狀態。這些結果表明，咬合的進化是非常迅速的。
布里斯托爾大學的博士生和主要作者William Deakin說：“頜骨是有頜類動物的一個極其重要的特徵。它們不僅極為普遍，而且幾乎所有擁有它們的生物都以同樣的方式使用它們–抓取食物並加工。這比前肢、後肢或尾巴更能說明問題，因為它們可以用來做各種各樣的事情。”
“這使得頜骨對研究功能進化的人來說非常有用。來自非常不同的動物的非常不同的頜部可以用類似的方式進行測試。在這裡，我們的研究已經表明，對大量種類的頜部進行研究，使用理論形態學和適應性景觀來捕捉其功能的多樣性，可以幫助闡明一些進化問題。”
布里斯托爾大學古生物學教授、該研究的共同作者Philip Donoghue說：“最早的有頜脊椎動物有各種形狀和大小的頜部，長期以來被認為是反映了對不同功能的適應。我們的研究表明，這種變異的大部分對力量和速度同樣是最理想的，這使得它們成為可怕的捕食者。”
布里斯托爾大學古生物學教授、該研究的共同作者Emily Rayfield補充說：“Will為分析有頜脊椎動物的進化而開發的新軟件，是獨一無二的。它使我們能夠繪製關鍵解剖學創新的設計空間，如頜，並確定其功能特性。我們計劃用它來揭開進化史的更多秘密。”