Палеонтологи раскрывают секрет возрастом 465 миллионов лет: истинное назначение первых «зубов»
Новые исследования окаменелостей показывают, что зубы изначально развивались как сенсорная ткань, встроенная в бронированный экзоскелет древних рыб.
Любой, кто когда-либо мучился во время чистки зубов, знает, насколько чувствительными могут быть зубы. Эта чувствительность обеспечивает важную обратную связь о температуре, давлении и боли, когда мы кусаем и жуем. Однако чувствительные ткани внутри твердой эмали изначально развивались для совершенно другой цели.
Новое исследование Чикагского университета показывает, что дентин — внутренний слой зубов, который передает сенсорную информацию нервам в пульпе — сначала развился как сенсорная ткань в бронированных экзоскелетах древних рыб.
Палеонтологи долгое время считали, что зубы эволюционировали из неровных структур, обнаруженных на этой броне, но назначение этих структур оставалось неясным. Новое исследование, опубликованное в журнале Nature, подтверждает, что эти особенности ранних позвоночных рыб ордовикского периода, около 465 миллионов лет назад, содержали дентин и, вероятно, помогали животным определять условия в окружающей воде.
Исследование также показало, что структуры, ранее идентифицированные как зубы в окаменелостях кембрийского периода (485–540 миллионов лет назад), очень похожи на элементы панциря окаменелых беспозвоночных, а также на органы чувств, обнаруженные в панцирях современных членистоногих, таких как крабы и креветки.
Эти сходства позволяют предположить, что органы чувств в панцирях позвоночных и беспозвоночных развивались независимо друг от друга, чтобы помочь животным воспринимать окружающую среду.
«Когда вы думаете о таких ранних животных, плавающих в броне, вам становится ясно, что им нужно воспринимать окружающий мир. Это была довольно жесткая хищническая среда, и способность воспринимать свойства окружающей воды была очень важна», — сказал Нил Шубин, доктор философии, заслуженный профессор органической биологии и анатомии в Чикагском университете и старший автор нового исследования. «Итак, мы видим, что беспозвоночные с панцирем, такие как подковообразные крабы, тоже должны воспринимать окружающий мир, и так случилось, что они пришли к одному и тому же решению».
Ночь в ускорителе частиц
Яра Хариди, доктор философии, постдокторский исследователь в лаборатории Шубина, которая возглавляла исследование, не ставила перед собой цель изучить происхождение зубов. Вместо этого она сосредоточилась на ответе на другой давний вопрос палеонтологии: какое самое древнее позвоночное животное встречается в палеонтологической летописи?
Чтобы изучить этот вопрос, Хариди связалась с музеями по всей стране и запросила образцы окаменелостей кембрийского периода (485–540 миллионов лет назад), чтобы провести их компьютерную томографию в поисках признаков, указывающих на особенности позвоночных.
Одним из таких признаков, по крайней мере у более поздних рыб, является наличие дентина внутри бугорков на внешней броне, называемых одонтодами. Хариди собрала сотни образцов, некоторые из которых были крошечными фрагментами, которые могли поместиться на конце зубочистки.
Затем она отвезла их в Аргоннскую национальную лабораторию для ночной сессии сканирования с использованием усовершенствованного фотонного источника, который позволил получить КТ-изображения окаменелостей с чрезвычайно высоким разрешением. «Это была ночь у ускорителя частиц; было весело», — сказала Хариди.
Когда они начали просматривать изображения со сканирования, один из образцов из кембрийского окаменелости под названием Anatolepis выглядел так, как будто на нем были видны признаки позвоночной рыбы. У него была серия канальцев, или пор, под одонтодами, заполненных материалом, который имел химические признаки дентина. Если бы это действительно было позвоночное, этот образец продлил бы историю окаменелостей на десятки миллионов лет.
«Мы поздравляли друг друга, говоря: «О боже, мы наконец-то сделали это», — сказал Хариди. «Это была бы самая первая зубоподобная структура в тканях позвоночных из кембрийского периода. Поэтому мы были очень взволнованы, когда увидели признаки того, что похоже на дентин».
Конечно, им нужно было это подтвердить, поэтому они начали анализировать изображения других образцов, отсканированных Хариди. Эта библиотека раковин и скелетов включала в себя все: от других древних окаменелостей до современных крабов, улиток, жуков, ракушек, акул и скатов, а также миниатюрных сомов-присосок, которых Хариди сама вырастила в аквариуме.
