Почему у людей два набора зубов? Эти сумчатые переписывают историю эволюции зубов

У человека за всю жизнь вырастает 52 зуба: 20 молочных и 32 постоянных.

Но не у всех животных так. Некоторые, например грызуны, никогда не меняют зубы. Другие, как акулы, заменяют их снова и снова.

Так почему же люди меняют зубы только один раз? И как вообще работает процесс замены зубов?

Это сложные вопросы, и у нас нет всех ответов. Но новое открытие о странных привычках замены зубов у тамарского валлаби, небольшого австралийского сумчатого, может пролить свет на эту зубную загадку.

Не все меняют зубы одинаково

Долгое время считалось, что все современные млекопитающие заменяют зубы одинаково. Однако достижения в 3D-сканировании и моделировании выявили млекопитающих с необычной сменой зубов, таких как тамарский валлаби (Macropus eugenii) и соломенноцветный крылан (Eidolon helvum).

Эти млекопитающие дали нам важные подсказки о том, как люди и другие млекопитающие эволюционировали от предков с непрерывной заменой зубов.

Как у людей формируются и сменяются зубы?

Зубы человека начинают расти между шестой и восьмой неделей развития эмбриона, когда полоска ткани в деснах, называемая первичной зубной пластинкой, начинает утолщаться. Вдоль этой полоски появляются скопления особых стволовых клеток в местах будущих зубов, известные как "плакоды".

Затем плакоды начинают расти в зубы, проходя стадии почки, колпачка и колокола. Они формируются в окончательную форму и твердеют за счет слоев дентина и эмали. В конечном итоге они прорезываются через десны. Первыми прорезываются резцы, уже в 6 месяцев, поэтому этот период и называют "прорезыванием зубов"!

Это поколение зубов, которое растет из первичной зубной пластинки, известно как "первичная зубная формула" или молочные зубы.

Вторичные или постоянные зубы растут немного иначе. Ответвление ткани, называемое сукцессионной (замещающей) пластинкой, вырастает из молочного зуба, и эта ткань развивает замещающий зуб, как яблоко на ветке дерева. Постоянные зубы начинают расти еще до нашего рождения, но формирование полного набора и его появление занимают много лет.

Замена происходит, когда постоянные зубы становятся достаточно большими, чтобы вытолкнуть молочные зубы и остаться постоянным набором на всю оставшуюся жизнь. Первый моляр обычно прорезывается в возрасте 6–7 лет, а зубы мудрости появляются последними (примерно между 17 и 21 годом).

Большинство млекопитающих, как и мы, заменяют зубы один раз в жизни. Это называется "дифиодонтия" (два набора зубов).

Некоторые группы млекопитающих, например грызуны, вообще не меняют зубы. Эти "монофиодонты" обходятся одним набором зубов всю жизнь. Есть и несколько необычных млекопитающих, таких как ехидны, у которых вообще не растут зубы!

Учимся у валлаби

Тамарский валлаби также является дифиодонтом, заменяя зубы только один раз.

Ученые долгое время предполагали, что он меняет зубы так же, как и люди, хотя исторические заметки, датируемые 1893 годом, отмечали необычные вещи в развитии зубов у этого сумчатого. Для начала: в то время как мы меняем резцы, клыки и премоляры, тамарские валлаби заменяют только свои премоляры.

Недавно я и мои коллеги из Университета Монаша и Мельбурнского университета наблюдали за зубами тамарских валлаби от эмбриона до взрослой особи. Мы использовали метод diceCT, сочетающий окрашивание и КТ-сканирование, и обнаружили нечто удивительное.

Вместо того чтобы замещающие премоляры развивались из сукцессионной пластинки, они на самом деле оказались отсроченными молочными зубами, развивающимися из первичной зубной пластинки.

Это означает, что у тамарского валлаби нет традиционной замены зубов. Это открытие порождает огромный набор новых вопросов. Что же это за зубы?

Одно из объяснений этих отсроченных молочных зубов может быть связано с нашим эволюционным наследием непрерывной замены зубов.

Ваши зубы создавались миллионы лет

В отличие от млекопитающих, большинство других животных, включая рыб, акул, земноводных и рептилий, меняют зубы многократно (они "полифиодонты"). Млекопитающие утратили эту способность около 205 миллионов лет назад.

Причина, по которой мы перестаем производить зубы, заключается в том, что наша зубная пластинка деградирует после формирования второго набора, в то время как у полифиодонтов она остается активной.

Интересно, что у современных и ископаемых полифиодонтов замещающие зубы часто развиваются группами чередующихся волн, известных как "Zahnreihen" (зубные ряды).

Хотя тамарский валлаби заменяет только премоляры, эти отсроченные молочные зубы могут представлять собой проявление Zahnreihen, которое все еще происходит у современных млекопитающих.

Это дает нам ключ к пониманию того, как мы эволюционировали от предков с непрерывной заменой зубов: путем модификации и сокращения системы, возраст которой составляет сотни миллионов лет.

Исследования также показали, что плодовые летучие мыши (Eidolon helvum) формируют замещающие зубы необычными способами, включая их рост перед молочным зубом, позади него, рядом с ним или ответвлением от него.

Это увлекательно, потому что вместе с примером валлаби это показывает, что среди млекопитающих может существовать огромное разнообразие способов замены зубов, происходящее прямо у нас под носом — или под деснами!