Новое исследование показало, что зубы, какими мы их знаем сегодня, развились не для жевания или кусания, а для восприятия окружающей среды древними рыбами. Это открытие отодвигает временные рамки эволюции позвоночных на миллионы лет назад, показывая, что самые первые зубы были частью экзоскелетов древних бронированных рыб.
Зубы древних рыб были сенсорными
Исследование, проведённое под руководством Университета Чикаго, было сосредоточено на внутреннем слое зубов, известном как дентин, который отвечает за передачу сенсорной информации в нервную систему. Учёные обнаружили, что дентин изначально был встроен в экзоскелеты древних рыб, что позволяет предположить, что зубы развились для совершенно иной цели, чем считалось ранее.
Нил Шубин, старший автор исследования и профессор в UChicago, подчеркнул роль этих ранних сенсорных структур: «Когда вы думаете о таком раннем животном, плавающем с бронёй, ему необходимо ощущать мир. Это была довольно интенсивная среда с хищниками, и способность ощущать свойства воды вокруг них была бы очень важна», — сказал он.
Это понимание пришло в результате изучения древних позвоночных из ордовикского периода, около 465 миллионов лет назад, и сравнения их с современными существами, такими как членистоногие и рыбы.
Открытие ископаемых опровергает старые представления
Результаты группы, опубликованные в журнале Nature, опровергают прежнее понимание эволюции зубов. Палеонтологи давно считали, что зубы произошли от бугорчатых структур, найденных на броне древних рыб, но цель этих особенностей до сих пор оставалась неясной. Новое исследование показывает, что эти «зубы» на самом деле были сенсорными органами, которые помогали рыбам обнаруживать окружающий мир, подобно тому как сенсорные органы работают у современных членистоногих.
Исследователи использовали компьютерную томографию высокого разрешения для изучения окаменелостей из кембрийского периода (485–540 миллионов лет назад), обнаружив поразительное сходство между сенсорными структурами у древних рыб и теми, что найдены в экзоскелетах современных крабов, креветок и других членистоногих. Эти сенсорные органы, известные как «сенсиллы», позволяли ранним позвоночным и членистоногим воспринимать окружающую среду, несмотря на различия в их эволюционных путях.
Эволюция сенсорных экзоскелетов
Исследование также показало, что эти сенсорные структуры не ограничивались ранними позвоночными. Они также были найдены у древних членистоногих, таких как мечехвосты, что подчёркивает удивительный случай конвергентной эволюции. И позвоночные, и беспозвоночные развили похожие сенсорные системы, хотя и разными путями.
Ведущий исследователь Яра Хариди отметила, что эти открытия показывают, как «сенсорные структуры сначала развились на экзоскелетах, а в какой-то момент животные использовали тот же генетический инструментарий для создания чувствительных зубов».
Это открытие поднимает новые вопросы об эволюционном происхождении зубов. Традиционно гипотеза «изнутри наружу» предполагала, что зубы развились первыми и позже были адаптированы к экзоскелетам. Однако это исследование поддерживает гипотезу «снаружи внутрь», которая предполагает, что сенсорные структуры на экзоскелетах появились первыми и позже были адаптированы для использования в качестве зубов.
Передовые технологии раскрывают скрытые инсайты
Чтобы исследовать эти древние окаменелости, Хариди и её команда обратились к передовым технологиям. Они использовали источник продвинутых фотонов в Аргоннской национальной лаборатории для сканирования сотен ископаемых образцов, включая крошечные фрагменты древних рыб и современных существ. Компьютерная томография позволила им заглянуть в окаменелые экзоскелеты и выявить характерные признаки дентина, материала, который позже сформировал внутренний слой зубов.
Одним из самых захватывающих открытий стало изучение образца из кембрийского окаменелого Anatolepis. Сначала они полагали, что нашли самую древнюю из известных рыб-позвоночных благодаря дентиноподобным особенностям в его броне. Однако после дальнейшего анализа они поняли, что Anatolepis вовсе не позвоночное, а древнее членистоногое, что иллюстрирует, как эти сенсорные органы эволюционировали независимо у разных видов.