Первые зубы были органами чувств на коже древних рыб

Предполагалось, что с момента появления зубов их главная функция заключалась в захвате добычи, ее удержании и укусах. Однако само их происхождение долго оставалось загадкой. Исследователи спорили, изначально зубы возникли «‎изнутри» или на внешних покровах — «снаружи». Чтобы разобраться в этом вопросе, палеонтологи обратились к останкам древних рыб, возраст которых достигает 500 миллионов лет.

Еще в XX веке палеонтологи находили в окаменелостях, например, принадлежащих роду вымерших организмов Anatolepis и Eriptychius, твердые структуры, похожие на зубы, — одонтоиды. Они состояли из мягкой пульпы, окруженной дентином, а покрывало их минерализованное вещество — эмалевидное покрытие. Некоторые специалисты предполагали, что одонтоиды, вероятно, были прообразом настоящих зубов, но доказательств в поддержку этой гипотезы не хватало.

Команда американских палеонтологов под руководством Яры Хариди (Yara Haridy) из Чикагского университета решила перепроверить эту гипотезу. Ученые повторно изучили окаменелости Anatolepis и Eriptychius, которые жили в кембрийском и ордовикском периодах соответственно. С помощью синхротрона в Аргоннской национальной лаборатории исследователи создали трехмерные модели образцов с детализацией в микрометровом масштабе, что позволило увидеть внутренности этих существ.

Anatolepis долго считали древнейшим позвоночным, а небольшие бугорки, покрывавшие его экзоскелет, воспринимали как дентинные одонтиоды — предшественники зубов. Однако новый анализ показал, что внутреннее строение бугорков не соответствует тканям позвоночных.

При сравнении с другими организмами выяснилось, что по анатомии бугорки Anatolepis ближе к сенсиллам — чувствительным волоскам на теле членистоногих. Сенсиллы помогают животным ощущать окружающий мир: запахи, вкусы, прикосновения и вибрации. По сути, это крошечные органы чувств.

Вывод оказался однозначным: Anatolepis — не позвоночное, а членистоногое. Его структуры не имеют отношения к «‎протозубам». 

Тогда палеонтологи обратились к окаменелостям Eriptychius — это род бесчелюстных позвоночных, одни из древнейших известных рыб, живших в ордовикский период 465 миллионов лет назад. На теле древних рыб, как и у представителей Anatolepis, были бугорки. Результаты показали, что эти структуры — одонтоиды, которые содержали дентин, идентичный тому, что присутствует в зубах. 

Одонтоиды соединялись с сетью нервных канальцев, это навело ученых на мысль, что бугорки могли выполнять сенсорную функцию.  Вероятно, помогали Eriptychius улавливать изменения давления и температуры воды. По мнению исследователей, дентин в одонтоидах превращал тело Eriptychius в гигантский орган чувств.

Хариди и ее коллеги заключили, что зубоподобные структуры из дентина — того же материала, что и внутренний слой зубов современных животных — изначально находились не во рту, а на теле. Эти «зубы» предназначались не для пережевывания пищи, а для восприятия окружающей среды.

По мнению палеонтологов, и Anatolepis, и Eriptychius независимо друг от друга выработали схожие структуры — прочные, чувствительные образования на коже. Оба организма жили в мутных морях древности, где ориентироваться приходилось в полумраке, среди водорослей и осадков. Там зрение помогало мало, а вот чувствительность к изменениям воды давала реальное преимущество.

Такая идея находит подтверждение в современных рыбах. Некоторые из них по-прежнему имеют кожные одонтоиды с нервными окончаниями. То есть сенсорная функция у таких образований сохраняется до сих пор.

Со временем эволюция привела к изменениям. Когда часть рыб стала хищниками, одонтоиды начали выполнять новую функцию — хватать и удерживать добычу, чтобы она не вырвалась. Тогда эти твердые кожные «‎отростки» переместились в рот, превратившись в то, что мы теперь называем зубами.

С выводами палеонтологов можно ознакомиться в статье, опубликованной в журнале Nature.