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科学大院:不开玩笑,你的牙齿可能是鱼鳞变来的.....
用化石去佐证猜想
仅通过观察现存的鲨鱼去“盲人摸象”般地猜测,显然是不够的,咱们还需要化石实证去揭开牙齿起源与演化的神秘面纱。近年来,借助X射线成像等技术手段,多项化石研究都进一步佐证了牙齿和鳞片同源的理论。
2020年,瑞典乌普萨拉大学的科学家们利用欧洲同步辐射光源(ESRF)强大的X射线成像技术,对在捷克境内发现的距今约4.09亿年的棘胸鱼(acanthothoracids)化石进行了高分辨率三维成像。扫描结果显示,这些化石保存着完好的牙齿序列,并且牙本质中还保存着完好的细胞间隙,看起来非常接近现代脊椎动物的牙齿。很显然,棘胸鱼的牙齿与现代牙齿有着千丝万缕的关系。
藏匿于巨大的鹦鹉螺空壳中的棘胸鱼 (来源:cosmosmagazine.com)
更重要的是,科学家在棘胸鱼的颌骨外表面皮肤上发现了类似于牙齿的齿单位,这些齿单位不光形状上和牙齿几乎相同,并且颌骨附近的齿单位逐渐过渡成了牙齿。这表明,牙齿极有可能是从皮肤上的齿单位进化而来的,为牙齿鳞片同源理论提供了依据。
重建的颌骨3D图像,浅绿色部分是皮肤牙本质,深绿色部分是牙齿,可以发现二者形状接近,呈过渡之态(来源:参考文献3)
无独有偶,在2020年的另一项研究中,瑞典乌普萨拉大学的科学家对距今约4.22亿年的脊骨鱼(Lophosteus superbus)进行了化石研究,这种鱼也是牙齿早期进化阶段的代表物种之一。
科学家使用高分辨率X射线成像技术观察了脊骨鱼在不同发育阶段齿单位的三维结构,发现齿单位一开始长得都差不多,但会根据生长位置的不同而产生外观变化,长在嘴里的和长在脸上的分别成了牙齿和真皮齿单位(也就是鳞片),这表明,在每个位置都有不同的信号来指导它们的发育。并且到后期,一些真皮齿单位也会从面部慢慢移到嘴里,成为牙齿。
橙色部分为最初的齿元,会根据生长位置的不同而改变,分别变成牙齿(黄色部分)和真皮齿元(粉色、紫色部分)(来源:参考文献5)
这项研究表明,牙齿和鳞片在进化上是高度相关的,二者并非独立发育,而是源于一套完全相同的发育系统,这也是鳞片与牙齿同源的坚实证据。
当然,目前的研究仍不足以充分证明猜想,要想真正搞清楚牙齿的起源,咱们还需要更多的化石实证来揭晓谜底。
鳞片到牙齿的一小步,却是物种进化到一大步。牙齿就位以后,进一步的变化随之到来:牙齿数目由多到少;由多出牙转变为再出牙或单出牙;牙齿着生位置由端生发展为槽生齿;齿型也由同型齿向异型齿演化......形形色色的牙齿,让不同的物种更好地适应了各自的生存环境。
所以不要低估了小小的牙齿,这也是一种巨大的生存优势,大家下次刷牙时,记得认真刷哦!
参考资料:
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Tooth#Fish
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Shark_tooth
[3] Andreev, P.S., Sansom, I.J., Li, Q. et al. The oldest gnathostome teeth. Nature 609, 964–968 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05166-2
[4] T.W Vennemann, E Hegner, G Cliff, G.W Benz,Isotopic composition of recent shark teeth as a proxy for environmental conditions,Geochimica et Cosmochimica Acta,Volume 65, Issue 10, 2001, Pages 1583-1599, ISSN 0016-7037, https://doi.org/10.1016/S0016-7037(00)00629-3..
[5] Donglei Chen, Henning Blom, Sophie Sanchez, Paul Tafforeau, Tiiu Märss, Per E Ahlberg (2020) The developmental relationship between teeth and dermal odontodes in the most primitive bony fish Lophosteus eLife 9:e60985
https://doi.org/10.7554/eLife.60985
[6] Berio, Fidji. (2021). Multiscale variation of 3D tooth forms in selachians and developmental and evolutionary inferences : Odyssey of a scyliorhinid tooth.
[7] Gillis, J. A., et al. (2017). "Trunk neural crest origin of dermal denticles in a cartilaginous fish." Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 114(50): 13200-13205.
[8] Sharpe, P. T. (2001). "Fish scale development: Hair today, teeth and scales yesterday?". Current Biology. 11 (18): R751–R752. doi:10.1016/S0960-9822(01)00438-9.
[9]《我们的牙齿从何而来?》,科学大院,2018-06-27
- 原标题:不开玩笑,你的牙齿可能是鱼鳞变来的...... 本文仅代表作者个人观点。
- 责任编辑: 李泠 
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