科学家追溯我们的牙齿起源到超过四亿年前的原始鱼类

4.09亿年前，捷克共和国的一个热带珊瑚礁：Radotina是有牙齿的最原始的颌骨脊椎动物之一，它从躲藏在巨大鹦鹉螺空壳中的地方出来觅食。

我们牙齿的起源可以追溯到4亿多年前，当时奇怪的铠甲鱼开始下颚并开始捕获活的猎物。我们是这些鱼类的后代，还有所有其他60,000种有颚脊椎动物的活体物种—鲨鱼，骨鱼，两栖动物，爬行动物，鸟类和哺乳动物。由瑞典乌普萨拉大学（瑞典）领导的国际科学家团队与ESRF协作，最明亮的X射线源欧洲同步加速器（法国）首次数字化“解剖”了最原始的颚状鱼化石100多年前在布拉格附近发现牙齿。该结果最近发表在《科学》杂志上，表明他们的牙齿具有令人惊讶的现代特征。

当前颌骨脊椎动物中的牙齿显示出一些一致的模式：例如，新牙齿通常在旧牙齿的内侧生长，然后向外移动以替换它们（在人类中，这种模式已经过修改，因此新牙齿在旧牙齿下方生长，颚骨深处）。但是，骨鱼（及其后代是陆生动物）与鲨鱼之间存在一些差异。例如，鲨鱼根本没有骨头，其骨骼是由软骨制成的，既没有牙垢，也没有口腔中的真牙附着于鲨鱼上的事实；他们只是坐在皮肤上。在骨鱼类和陆生动物中，牙齿总是附着在颚骨上。此外，鲨鱼完全剥掉了掉旧的牙齿，只需将它们从皮肤上剥离下来，而骨鱼和陆生动物则通过溶解掉牙齿的基牙来掉掉它们的牙齿。

在ESRF的实验过程中，欧洲同步加速器：研究小组的成员在ESRF ID19光束线的实验箱中安装了一个标本。

这种顽固性引起了关于牙齿来源的许多问题。到目前为止，研究人员一直专注于生活在大约430至3.6亿年前的一组古鱼类的化石，称为节肢动物，这是唯一已知有牙齿的颚颚脊椎动物。但是，他们很难理解它们如何演变成现代脊椎动物的牙齿，因为节肢动物牙齿的位置和添加方式与骨鱼和鲨鱼相比有很大不同。

扫描最原始的颚鱼

来自乌普萨拉大学，查尔斯大学（捷克共和国），伦敦自然历史博物馆（英国），布拉格国家博物馆（捷克共和国）和欧洲研究开发基金会，欧洲同步加速器（法国）的团队着手确定这种独特的牙列类型是我们祖先真正的祖先，或者只是一个专门的分支机构，直指现代颚脊椎动物。

为了这个目标，他们转向了棘索酸，这是另一种早期鱼类，据信比节肢动物更原始，并且与最初有颚的脊椎动物密切相关。棘索酸的问题在于它们的化石很少见，而且总是不完整的。其中最好的是来自捷克共和国布拉格盆地的岩石，这些岩石刚刚超过4亿年的历史，是在上个世纪之交收集的。由于骨头无法从封闭的岩石中解放出来，因此很难用常规技术进行研究，因此从未进行过详细的研究。

研究人员利用世界上最明亮的X射线源ESRF的独特特性，以可视化的方式显示了3D化石的内部结构，而不会损坏它们。

研究人员利用ESRF的独特特性，世界上最亮的X射线源和同步加速器显微断层照相术ID19的光束线，以可视化的方式显示了化石的内部结构，而不会损坏它们。在ESRF上，以光速行进的844米环的电子发射出高功率的X射线束，可用于无损扫描包括化石在内的物质。

这项研究的主要作者，乌普萨拉大学的科学家瓦莱里亚·瓦什卡尼诺娃（ValériaVaškaninová）说：“结果确实令人瞩目，其中包括保存完好的牙列，没人期望在那里。”更高分辨率的后续扫描使研究人员可以观察到这些古代牙齿的牙本质中的生长模式，甚至是保存完好的细胞空间。

像节肢动物一样，棘索酸牙列也附着在骨骼上。这表明，在这方面，骨鱼和陆生动物保留了祖先的条件，而鲨鱼的专长是仅附着在皮肤上的牙齿，这与通常认为鲨鱼是原始的活脊椎动物有关。再次，像节肢动物一样，棘索酸的牙齿没有脱落。

与节肢动物的差异超过预期

然而，在其他方面，棘索酸齿列与节肢动物则根本不同。像鲨鱼，骨鱼和陆生动物一样，棘索酸仅在内部增加了新的牙齿。最老的牙齿位于下颌边缘。在这方面，邻氨基苯甲酸齿牙看起来非常现代。

“令我们惊讶的是，这些牙齿完全符合我们对软骨和骨质脊椎动物共同祖先牙列的期望。” Vaškaninová解释说。

带有牙齿的骨骼在其外表面还携带着细小的，不咬牙的皮肤牙本质元素，这种特征与原始的骨鱼共有，但与节肢动物没有。这是一个重要的区别，因为它表明棘索酸颌骨位于嘴的边缘，而节肢动物颌骨位于更远的地方。独特的是，一种棘索酸（Kosoraspis）显示出从这些牙本质元素向相邻的真牙逐渐过渡的形状。牙齿，而另一只（Radotina）的真牙的形状几乎与皮肤上的牙本质元素相同。这可能证明，真正的牙齿只是最近才从皮肤上的牙本质成分演化而来。

“这些发现改变了我们对牙齿起源的整体理解”，乌普萨拉大学教授Per Ahlberg说道。他补充说：“尽管棘烷酸是所有颌骨脊椎动物中最原始的物种，但它们的牙齿在某种程度上更像是现代的牙齿，而不是节肢动物的牙齿。它们的颚骨类似于骨鱼的颚骨，似乎是我们祖先的祖先。当您早上在浴室的镜子前微笑时，向您微笑的牙齿可以追溯到最早的有颚脊椎动物。

参考：ValériaVaškaninová，Donglei Chen，Paul Tafforeau，Zerina Johanson，Boris Ekrt，Henning Blom和Per Erik Ahlberg于2020年7月10日发表的“边缘牙齿和多条颚骨作为颚脊椎动物的祖先条件”，Science.DOI：
10.1126 / science.aaz9431