人类牙齿的进化始于4亿多年前的古代鱼类。在科学杂志《科学》上,一个由乌普萨拉大学的研究人员领导的国际团队展示了关于这些最早的颌脊椎动物的突破性发现。利用强大的x射线成像技术,他们展示了在布拉格附近发现的独一无二的化石,其中包含了令人惊讶的现代外观的牙齿。
牙齿是由象牙质构成的,这种组织在人类的牙齿中只存在。然而,在鲨鱼的整个身体表面覆盖牙齿状鳞片由牙本质。化石显示,在颌骨进化之前,类似的牙本质结构就已经存在于身体表面。
所有现存的下颌脊椎动物的牙齿都有一些一致的模式:例如,新牙齿通常在旧牙齿的内侧生长,然后向外生长以取代旧牙齿。(在人类中,这种模式已经被改变,新牙齿在旧牙齿的下方、颌骨内发育。)然而,在其他方面,硬骨鱼和陆地动物与鲨鱼不同。鲨鱼没有骨头,只有软骨,牙齿鳞片和口腔里真正的牙齿都附着在皮肤上。在多骨鱼和陆地动物中,牙齿总是附着在颚骨上,如果在身体的外表面有牙本质结构,它们就附着在头盖骨和鳞片上。此外,鲨鱼的牙齿是从皮肤上脱落的,而硬骨鱼和陆地动物的牙齿脱落是通过牙齿基部的溶解。这种多样性引发了许多问题。皮肤的象牙质结构与口腔的真牙有关系吗?最早的牙齿长什么样?它们附着在颚骨上吗?他们是怎么掉下来的?如果是,怎么掉下来的?在哪里添加新牙齿?
为了回答这些问题,来自瑞典、捷克共和国、法国和英国的研究小组转向棘索酸鱼,这是一种早期的鱼类,与最早的颚脊椎动物关系密切。棘醇酸的问题在于它们的化石很少而且总是不完整。其中最好的来自捷克共和国布拉格盆地,岩石的历史只有4亿年,是在上世纪初收集的。事实证明,用传统技术很难研究它们,杏耀的信誉因为它们的骨头无法从周围的岩石中取出来,因此,它们从未被详细研究过。
一种新的成像技术——同步微断层扫描技术,正在彻底改变对这种珍贵而又难寻的化石的研究。利用加速到接近光速的电子发出的强烈明亮的、类似激光的x射线,这项技术使研究人员能够在不损害化石内部结构的情况下三维可视化。世界上最先进的成像设备是位于法国格勒诺布尔的欧洲同步辐射设备(ESRF)。
“我们的团队决定使用ESRF将这种技术应用到布拉格的acanthothoracid正面盆地,知道这是唯一的方法来揭示他们复杂的解剖学,”瓦Vaškaninova说,该研究的第一作者。“结果是非常显著的,包括没有人想到的保存完好的牙齿。”
后续的高分辨率扫描使研究人员能够看到这些古老牙齿的生长模式,甚至是保存完好的细胞空间。
棘甲酸牙齿附着在颚骨上,表明多骨鱼和陆地动物在这方面保留了祖先的状态,而鲨鱼的牙齿只附着在皮肤上——这与一般认为鲨鱼是原始的活着的脊椎动物的看法相反。然而,
杏耀代理 ,棘索酸不会脱落牙齿。这表明不同类型的牙齿脱落是从一个没有脱落的祖先独立进化而来的。
像鲨鱼、多骨鱼和陆地动物一样,棘醇酸只会在体内增加新的牙齿;最古老的牙齿位于嘴唇内的颚缘。与之形成对比的是另一种早期鱼类——节肢动物,它们的牙齿也可以在外部添加。含齿的棘thor酸的骨头外表面也携带着皮肤上的小象牙质成分,这一特征与原始的多骨鱼共享,杏耀yl但与节肢动物不同。这表明,像硬骨鱼类一样,棘甲酸颌骨位于口腔的边缘,而节肢动物的颌骨则位于口腔的更深处。一种棘索酸(Kosoraspis)显示从这些象牙质成分逐渐过渡到邻近的牙齿,而另一种棘索酸(Radotina)的牙齿在形状上几乎与皮肤象牙质成分相同。这表明牙齿是最近才从皮肤上的牙本质元素进化而来的。
“这些发现改变了我们对牙齿起源的全部理解,”合著者Per Ahlberg说。“尽管棘索酸是所有颌脊椎动物中最原始的一种,但它们的牙齿在某些方面远比节肢齿更像现代的牙齿。”它们的颚骨与多骨鱼的颚骨相似,似乎是我们人类的祖先。当你早上对着浴室的镜子笑时,那些对着你笑的牙齿可以追溯到它们的起源,最早的有颚脊椎动物。”