Зубы впервые эволюционировали из сенсорной ткани в бронированном экзоскелете древних рыб
Новое исследование Чикагского университета показывает, что дентин — внутренний слой зубов, передающий сенсорную информацию нервам пульпы, — впервые эволюционировал как сенсорная ткань в бронированных экзоскелетах древних рыб.
Исследование, опубликованное в Nature, подтверждает, что бугорчатые структуры (одонтоды) на броне ранней челюстноротой рыбы ордовикского периода возрастом около 465 миллионов лет содержали дентин. Вероятно, они помогали существу ощущать условия в окружающей воде.
Также исследование показало, что структуры, считавшиеся зубами в окаменелостях кембрийского периода (485–540 млн лет назад), были похожи на особенности в броне ископаемых беспозвоночных, а также на сенсорные органы в панцирях современных членистоногих, таких как крабы и креветки. Это сходство подразумевает, что сенсорные органы в броне различных животных эволюционировали независимо как у позвоночных, так и у беспозвоночных.
«Когда вы думаете о таком раннем животном, плавающем в броне, ему нужно чувствовать мир. Это была довольно напряженная хищническая среда, и способность ощущать свойства воды вокруг них была бы очень важна», — сказал Нил Шубин, старший автор исследования.
Ночь на ускорителе частиц
Исследовательница Яра Хариди, ведущий автор работы, изначально искала самого раннего позвоночного в летописи окаменелостей. Она отсканировала сотни образцов с помощью высокоразрешающей КТ на синхротроне Advanced Photon Source в Аргоннской национальной лаборатории.
Один из образцов кембрийской окаменелости Anatolepis показал серию канальцев под одонтодами, заполненных материалом с химическими признаками дентина. Это могло бы отодвинуть рекорд позвоночных на десятки миллионов лет назад.
Однако сравнение с известным ископаемым членистоногим показало, что структуры, похожие на дентин, на самом деле были больше похожи на сенсорные органы (сенсиллы) на панцирях крабов. Это означает, что Anatolepis, считавшийся позвоночным в Nature в 1996 году, является древним беспозвоночным членистоногим.
Крупные канальцы у другой ордовикской рыбы Eriptychius были похожи по структуре на эти сенсиллы, но действительно содержали дентин.
«Это показывает нам, что "зубы" также могут быть сенсорными, даже когда они не во рту. Так что, у этих рыб есть чувствительная броня. У этих членистоногих есть чувствительная броня. Это объясняет путаницу с этими ранними кембрийскими животными», — сказала Хариди.
Зубоподобные структуры в летописи окаменелостей
Акулы, скаты и сомы также имеют зубоподобные структуры — дермальные зубчики (дентикулы), делающие их кожу похожей на наждачную бумагу. Изучив ткани сома, Хариди увидела, что дентикулы связаны с нервами, как и зуб. Сходство с зубами, древними одонтодами бронированных рыб и сенсиллами членистоногих было поразительным.
Существуют две гипотезы о том, как эти структуры в конечном итоге стали зубами:
- Гипотеза «изнутри-наружу»: зубы возникли первыми и позже были адаптированы для экзоскелетов.
- Гипотеза «снаружи-внутрь»: чувствительные структуры сначала развились на экзоскелетах, а затем животные использовали тот же генетический инструментарий для создания чувствительных зубов.
Данная работа поддерживает вторую, «внешне-внутреннюю» гипотезу.
«Мы не нашли самого раннего [позвоночного], но в некотором смысле мы нашли кое-что намного круче», — подытожил Шубин.