牙齿原本是长在体外的鳞片？

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撰文 | 丹尼尔·伦纳德（Daniel Leonard）

翻译 | 董子晨曦

你可能不认为自己是一种有鳞的动物，但位于我们嘴唇后方的硬质结构（牙齿）也许讲述着不同的故事。锯鳐是世界上最奇特的动物之一。最近有一项关于锯鳐的研究表明， 牙齿大约是在4亿年前首次出现，当时古代鱼类的体鳞迁移到了它们嘴里。

早期出现的牙齿为有颌鱼类的演化提供了重大的推动力。瑞典乌普萨拉大学的古生物学家佩尔·阿尔伯格（Per Ahlberg，未参与这项研究）表示：“如果你正在进食，除非是在吸食浮游生物之类极小的的物质，否则能够咬住口中的食物绝对更加有利。”具有咬合能力是演化上的一个重大飞跃，阿尔伯格说，而咀嚼能力是后来演化出来的。美国芝加哥大学的古生物学家雅拉·哈里迪（Yara Haridy，未参与这项研究）表示， 所有具有牙齿的现生动物——从鳟鱼到人类再到鳄鱼——似乎都是由同一类有颌鱼演化而来的。

但是，科学家对早期牙齿起源的看法各不相同。其中，“由外而内”假说认为，坚硬的起保护作用的身体鳞片（由牙本质或牙釉质这样的矿物化组织组成）可能迁移到了口中。与之相对， “由内至外”假说则认为，牙齿或许是由与鳃同源的内部组织发育而来的。在《解剖学杂志》（Journal of Anatomy）上发表的新研究为“由外而内”假说提供了新证据。

研究人员采集了一种锯鳐物种的化石。这种锯鳐（Ischyrhiza mira）生活在大约7000万年前，现在已经灭绝。然后，他们分析了这些化石的喙齿，它们是这种锯鳐的吻突两侧伸出的齿状凸起，可以辅助觅食和自卫。虽然 喙齿看上去很像牙齿，但实际上是特化的体鳞。

不同于此前关于已灭绝和现存锯鳐的研究，这项新研究探究了鳞片坚硬外层（被称作似釉质）的内部结构。哈里迪表示：“似釉质基本上可以说就是牙釉质的原始形态。”

当研究人员用砂纸和酸将这些鳞片外层刮下来，然后在扫描电子显微镜下对它们进行观察时，这一层结构呈现的复杂程度令他们感到震惊。

美国宾夕法尼亚州立大学的古生物学家托德·库克（Todd Cook，这项研究的第一作者）说，他们原本预计会像许多其他体鳞一样出现一种均质结构。但相反，他们观察到了不同的可抵抗机械应力的微晶区域。库克表示：“事实上，似釉质的整体结构都类似于现代鲨鱼的牙齿。”

尽管喙齿本身并没有演变成牙齿（实际上，锯鳐的祖先已经拥有牙齿），但这项发现表明， 鱼体表上的鳞片有能力演化成一种类似牙齿的内部结构，并且此前它们可能已经演化了至少一次。库克认为，如此均一的结构不大可能是由内部完全不同的咽部组织独立演化而来的。比利时根特大学的演化发育生物学家安·于休（Ann Huysseune，未参与这项研究）表示：“这项发现支持了‘由外而内’假说。”

阿尔伯格指出，动物身体具有鳞片的外部组织会与它的内部组织在嘴巴附近交会。但对于古代鱼类而言，很难确定两者之间的确切边界。然而，这个边界的位置却是了解究竟是哪一类组织先形成牙齿的关键。大多数情况下，化石无法保存软组织，因此研究人员只能推测这些组织的性质，或者也可以参考相应的现生物种。例如，于休他们就会深入研究现代斑马鱼的嘴部，从而试图更好地了解牙齿的形成与起源。

对于阿尔伯格而言，事实非常清楚，外部组织能够形成复杂的类似牙齿的鳞片。这项研究直观地反映出了这种作用机制。但内部的咽部组织，或者接近吻突的内外组织复合体是否也能形成这样类似牙齿的结构呢？阿尔伯格认为，这仍然有待研究。

支持“由内而外”假说的科学家表示，答案是肯定的。哈里迪说，有一段时间，这些科学家的主要证据来自一些类似鳗鱼的生物： 它们的咽部和嘴巴里已经有明显发育完全的类似牙齿的结构，但是并没有出现在身体的其他部位。20世纪90年代和21世纪初发表的一些论文会将这些鳗鱼作为证明“由内而外”假说的基石，但后来的研究却发现，这样的结构是这个谱系所独有的，与脊椎动物的牙齿并不相关。现在，科学家仍然在寻找类似的现生生物，以及早期原始牙齿的化石样本。

阿尔伯格表示，确定牙齿的起源，并不会立刻以任何切实的方式改善我们的生活。但他认为，这或许可以在遥远的未来，使人类学会如何像大多数非哺乳动物一样不断再生牙齿。

“我认为，理解‘我们的身体是如何形成’本身就十分有趣，”阿尔伯格说，“身体是一个我们人类栖居的独特系统，它也见证了一段漫长且奇特的历史。”