В научном мире долгое время продолжались дебаты о происхождении первых зубов у позвоночных. Некоторые ученые утверждали, что изначально зубы сформировались в глотке беспозвоночных и впоследствии переместились в рот с развитием челюстей. Другие предполагали, что зубы произошли от плотных выростов на коже древних рыб. Палеонтологи из США, изучив ряд окаменелостей, разрешили этот вопрос.
Изначально считалось, что появление зубов было связано с необходимостью захватывать и удерживать добычу, а также для нанесения укусов. Однако их происхождение долгое время оставалось неясным. Ученые обсуждали, сформировались ли зубы изначально внутри организма или на его внешних оболочках. Для решения этой проблемы палеонтологи изучили останки древних рыб, которым насчитывается до 500 миллионов лет.
Еще в XX веке палеонтологи находили в окаменелостях, например, принадлежащих роду вымерших организмов Anatolepis и Eriptychius, твердые структуры, похожие на зубы, — одонтоиды. Они состояли из мягкой пульпы, окруженной дентином, одонтоиды были покрыты минерализованным веществом, напоминающим эмалевидное покрытие. Раньше некоторые исследователи считали, что эти структуры могли быть предшественниками настоящих зубов, однако убедительных подтверждений этой гипотезы не было найдено.
Команда американских палеонтологов во главе с Ярой Хариди ( Yara Haridy) из Чикагского университета решили провести повторную проверку этой гипотезы. Исследователи вновь проанализировали окаменелости Anatolepis и Eriptychius, которые жили в кембрийском и ордовикском периодах соответственно. С помощью синхротрона в Аргоннской национальной лаборатории исследователи создали трехмерные модели образцов с детализацией в микрометровом масштабе, что позволило увидеть внутренности этих существ.
Anatolepis долго считали древнейшим позвоночным, а небольшие бугорки, покрывавшие его экзоскелет, воспринимали как дентинные одонтиоды — предшественники зубов. Однако новый анализ показал, что внутреннее строение бугорков не соответствует тканям позвоночных.
При сопоставлении с другими организмами установлено, что бугорки имеют анатомическое сходство Anatolepis ближе к сенсиллам — эти волоски на теле членистоногих обладают высокой чувствительностью. Сенсиллы позволяют животным воспринимать запахи, вкусы, прикосновения и вибрации, то есть служат для ощущения окружающего мира. Фактически, это миниатюрные органы чувств.
Вывод оказался однозначным: Anatolepis — не позвоночное, а членистоногое. Его структуры не связаны с «протозубами».
Тогда палеонтологи обратились к окаменелостям Eriptychius — это группа безчелюстных позвоночных, относящихся к древнейшим известным рыбам, обитавшим в ордовикский период около 465 миллионов лет назад. У древних рыб, в том числе у Anatolepis, на теле присутствовали бугорки. Анализ показал, что эти структуры являются одонтоидами, содержащими дентин, аналогичный тому, что обнаруживается в зубах.
Одонтоиды были связаны с сетью нервных канальцев, что позволило предположить, что бугорки могли выполнять сенсорную функцию. Возможно, они помогали Eriptychius улавливать изменения давления и температуры воды. По мнению исследователей, дентин в одонтоидах превращал тело Eriptychius в гигантский орган чувств.
Хариди и ее соавторы пришли к выводу, что структуры, напоминающие зубы и состоящие из дентина (материала, из которого состоит внутренний слой зубов современных животных), изначально располагались не во рту, а на теле. Предполагается, что эти «зубы» не использовались для пережевывания пищи, а служили для ощущения окружающей среды.
По мнению палеонтологов, и Anatolepis, и Eriptychius независимо друг от друга выработали схожие структуры — прочные, чувствительные образования на коже. Оба организма жили в мутных морях древности, где ориентироваться приходилось в полумраке, среди водорослей и осадков. Там зрение помогало мало, а вот чувствительность к изменениям воды давала реальное преимущество.
Современные виды рыб предоставляют доказательства, подтверждающие эту идею. У некоторых из них до сих пор присутствуют кожные одонтоиды, снабжённые нервными окончаниями, что указывает на сохранение их сенсорной функции.
В процессе эволюции произошли изменения. С появлением хищников среди рыб одонтоиды приобрели новую роль: они стали использоваться для захвата и удержания добычи, предотвращая её вырывание. Впоследствии эти твердые кожные выросты мигрировали в ротовую полость, трансформировавшись в зубы.
В статье представлены выводы палеонтологов, опубликованной в журнале Nature.