吃冷的东西牙痛？怪这些古老的鱼
任何在牙齿清洁过程中感到不安的人都可以告诉你牙齿有多敏感。当我们咬和咀嚼食物时，这种敏感性会提供关于温度、压力（是的，还有疼痛）的重要反馈。然而，坚硬牙釉质内的敏感部分最初进化为完全不同的东西。 芝加哥大学的一项新研究表明，牙本质是牙齿的内层，它将感觉信息传递给牙髓内的神经，最初是作为感觉信息进化而来的古代鱼类铠甲外骨骼中的组织。 古生物学家长期以来一直认为，牙齿是从这种盔甲上凹凸不平的结构进化而来的，但它们的目的尚不清楚。本周发表在《自然》杂志上的这项新研究证实，约4.65亿年前奥陶纪早期脊椎动物的这些结构含有牙本质，可能有助于该生物感知周围水域的状况寒武纪时期（4.85亿至5.4亿年前）化石中的牙齿与化石无脊椎动物盔甲中的特征相似，也与螃蟹和虾等现代节肢动物外壳中的感觉器官相似。这些相似之处意味着，不同动物盔甲中的感觉器器器在脊椎动物和无脊椎动物中分别进化，以帮助它们感知周围更大的世界。 “当你想到像这样的早期动物，穿着盔甲四处游动时，它需要感知世界。芝加哥大学Robert R.Bensley生物生物学和解剖学杰出服务教授、这项新研究的资深作者Neil Shubin博士说：“这是一个非常激烈的捕食环境，能够感知周围水的特性将非常重要。”“所以，在这里我们看到，像马蹄蟹这样有盔甲的无脊椎动物也需要感知世界，碰巧它们也找到了同样的解决方案。“ 之夜粒子加速器 Yara Haridy博士是Shubin实验室的博士后研究员，她领导了这项研究，在开始这个项目时，她并没有寻找牙齿的起源。相反，她希望回答另一个长期存在的古生物学问题：化石记录中最早的脊椎动物是什么？Haridy向全国各地的博物馆询问寒武纪时期（4.85亿至5.4亿年前）的化石标本，这样她就可以对它们进行CT扫描，寻找脊椎动物的迹象特征。 其中一个迹象，至少在后来的鱼类中，是外甲凸起内存在牙本质，称为齿突。Haridy收集了数百个标本，其中一些只是可以放在牙签末端的微小碎片。然后，她带他们去了阿贡国家实验室，使用先进的光子源进行了通宵扫描，该光子源捕获了化石的极高分辨率CT图像。“那是在粒子加速器度过的一个晚上；很有趣，”Haridy说说。 当他们开始看到扫描图像时，一种名为Anatolepis的寒武纪化石的样本看起来像是显示了脊椎动物的特征。牙本质下方有一系列小管或孔隙，充满了具有牙本质化学特征的物质。如果它真的是脊椎动物，这个标本将把化石记录追溯到数千万年前。 “我们彼此击掌，就像‘天哪，我们终于做到了’Haridy说：“这将是寒武纪脊椎动物组织中第一个牙齿状结构。”。所以，当我们看到牙本质的迹象时，我们非常兴奋。 当然，他们必须证实这一点，所以他们开始分析Haridy扫描的其他标本的图像。这个贝壳和骨骼库包括从其他古代化石到现代螃蟹、蜗牛、甲虫、藤壶、鲨鱼和溜冰鞋，以及微型吸盘嘴哈里迪在水族馆养的鲶鱼。 一旦他们将可能的脊椎动物Anatolipe与密尔沃基公共博物馆的已知节肢动物化石进行了比较，他们意识到，看起来像脊椎动物牙本质衬里的小管更像螃蟹壳上的感觉器官，称为感器。这意味着Anatolepis，在1996年的《自然》杂志上被称为脊椎动物，实际上是一种古老的无脊椎动物节肢动物。另一个奥陶纪的大小管被称为Eriptychius的脊椎动物在结构上与这些感器相似，但确实含有牙本质。 “这向我们表明，即使牙齿不在嘴里，它们也可以是有感觉的，”Haridy说。“所以，这些鱼身上有敏感的盔甲。这些节肢动物身上也有敏感的护甲。这解释了为什么人们会把它们与寒武纪早期的动物混淆。人们认为这是最早的脊椎动物，但实际上它是一种节肢动物。” 牙齿状结构散布在化石上记录 鲨鱼、溜冰鞋和鲶鱼也有被称为小齿的牙齿状结构，使它们的皮肤感觉像砂纸。当Haridy研究她的鲶鱼的组织时，她发现小齿与神经相连，就像牙齿一样。她说，与牙齿、装甲鱼的古老齿和节肢动物的感器的相似之处令人震惊。 “我们认为，最早的脊椎动物，这些大型的装甲鱼，至少在结构上非常相似形态学上。它们在古代和现代节肢动物中看起来是一样的，因为它们都在形成覆盖软组织的矿化层，帮助它们感知环境，”她说在外骨骼上，在某些时候，动物也利用相同的遗传工具包来产生敏感的牙齿。 虽然他们没有确定最早的脊椎动物，但Shubin说这一发现非常值得努力。 “对于这些被认为是早期脊椎动物的化石，我们证明它们不是。但这有点误导，”Shubin说。“我们没有找到最早的，但在某些方面，我们发现了一些更酷的东西。”《脊椎动物牙齿和感官外骨骼的进化》得到了美国国家科学基金会、美国能源部和布林森家族基金会的支持。其他作者包括芝加哥大学的Sam C.P.Norris、Matteo Fabbri、Neelima Sharma、Mark Rivers、Patrick La Riviere和Phillip Vargas；哈佛大学的Karma Nanglu和Javier Ortega Hernández；以及密苏里州立大学的James F Miller。