网站 Banner

        任何曾经通过牙齿清洁的人都可以告诉你牙齿有多敏感。 这种敏感性提供了有关我们咬嚼食物时的温度、压力（是的，疼痛）的重要反馈。 然而，硬珐琅质内部的敏感部分最初是为了完全不同的东西而进化的。

         芝加哥大学的新研究表明，牙本质是将感觉信息传递到牙髓内部神经的牙齿内层，最初是作为感觉进化而来的古代鱼类装甲外骨骼中的组织。

         古生物学家长期以来一直认为牙齿是从这种盔甲上的凹凸结构进化而来的，但它们的用途尚不清楚。 本周发表在《自然》杂志上的这项新研究证实，大约 4.65 亿年前奥陶纪早期脊椎动物的这些结构含有牙本质，并可能有助于该生物感知周围水域的状况。

         研究还表明，被认为是寒武纪时期（485-5.4 亿年前）化石中的牙齿与无脊椎动物化石盔甲中的特征相似，也类似于螃蟹和虾等现代节肢动物外壳中的感觉器官。 这些相似性意味着不同动物盔甲中的感觉器官在脊椎动物和无脊椎动物中是分别进化的，以帮助它们感知周围更大的世界。

         “当你想到像这样早期的动物，穿着盔甲游来游去时，它需要感知世界。 这是一个非常激烈的掠食性环境，能够感知周围水的特性将非常重要，“Robert R 的 Neil Shubin 博士说。 芝加哥大学生物生物学和解剖学 Bensley 杰出服务教授，也是这项新研究的资深作者。 “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，而它们恰好遇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，当她开始这个项目时，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（485-5.4 亿年前）的化石标本，以便进行 CT 扫描，寻找脊椎动物的明显迹象特征。

         其中一个迹象，至少在后来的鱼中，是外部盔甲上的凸起内存在牙本质，称为齿状体。 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，她带他们去阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory），使用高级光子源（Advanced Photon Source）进行了通宵扫描，该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夜; 那太有趣了，“哈里迪说。

         当他们开始看到扫描图像时，来自寒武纪化石的一个名为 Anatolepis 的样本看起来似乎显示出脊椎动物的特征。 它有一系列的小管，或齿状体下方的孔隙，充满了具有牙本质化学特征的材料。 如果它真的是脊椎动物，这个标本会将化石记录向前延长数千万年。

         “我们互相击掌，就像'哦，天哪，我们终于做到了它，'“哈里迪说。 “这将是寒武纪脊椎动物组织中第一个类似牙齿的结构。 所以，当我们看到看起来像牙本质的迹象时，我们非常兴奋。

         当然，他们必须确认这一点，因此他们开始分析 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，以及微型吸盘嘴的所有物品Haridy 在水族馆里自己养的鲶鱼。

         一旦他们将可能的脊椎动物 Anatolepis与密尔沃基公共博物馆的已知节肢动物化石进行了比较，他们就意识到，看起来像脊椎动物的牙本质衬里的小管更像是螃蟹壳上的感觉器官，称为感器。 这意味着 Anatolepis，在 1996 年的 Nature. 另一个奥陶纪的大肾小管名为 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，它们也可以是感觉性的，”Haridy 说。 “所以，这些鱼身上有敏感的盔甲。 这些节肢动物有敏感的盔甲。 这解释了与这些早期寒武纪动物的混淆。 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。

         散布在化石上的齿状结构记录

         鲨鱼、鳐鱼和鲶鱼也有称为齿状结构的牙齿状结构，使它们的皮肤感觉像砂纸。 当 Haridy 研究她的鲶鱼组织时，她发现齿状物与神经相连，就像牙齿一样。 她说，这些与牙齿、盔甲鱼的古老齿形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，这些大型盔甲鱼，至少具有非常相似的结构形态。 它们在古代和现代节肢动物中看起来一样，因为它们都在形成这个矿化层，覆盖它们的软组织并帮助它们感知环境，“她说。

        ：关于这些结构最终如何变成牙齿，有两种观点。 一种是“由内而外”的假说，认为牙齿首先出现，后来被适应于外骨骼。 本文将支持第二个“由外而内”的假设，即敏感结构首先发展在外骨骼上，以及在某些时候，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鱼类，但 Shubin 表示，这一发现非常值得付出努力。

         “对于其中一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，“舒宾说。 “我们没有找到最早的那个，但在某些方面，我们找到了一些更酷的东西。”

         研究，“Origin of脊椎动物牙齿和感觉外骨骼的进化“得到了美国国家科学基金会、美国能源部和布林森家庭基金会的支持。 其他作者包括 Sam C.P. 来自芝加哥大学的 Norris、Matteo Fabbri、Neelima Sharma、Mark Rivers、Patrick La Riviere 和 Phillip Vargas; 哈佛大学的 Karma Nanglu 和 Javier Ortega-Hernández; 以及来自密苏里州立大学的 James F Miller。