Биологи раскрыли новый секрет эволюции зубов

Одна из самых спорных тем для эволюционных биологов – появление зубов. Дело в том, что насчёт их формирования существует две "рабочие версии". Согласно первой, зубы древних морских обитателей имеют собственное эволюционное начало. Вторая же гипотеза предполагает, что зубы стали развиваться у ископаемых животных параллельно с формированием челюстей, причём их "родоначальниками" были особые чешуйки на теле древних рыб.

Зубы тигровой акулы.
Фото Stefan Kuhn/Wikimedia Commons.

Правда, стоит отметить, что миллионы лет назад чешуя мало походила на современную. Она была более плотной и напоминала, скорее, костные образования.

Команда из Кембриджского университета решила во что бы то ни стало узнать, как всё было на самом деле.

Недавние исследования рыбок данио показали, что чешуйки и зубы у их эмбрионов развиваются из разных кластеров клеток, отмечают исследователи.

С другой стороны, хотя большинство морских рыб обладает костным скелетом, есть среди них класс, у которого скелет состоит исключительно из хрящей, затвердевающих благодаря минеральным отложениям. Это хрящевые рыбы (акулы, скаты), одна из самых древних веток на генетическом древе морских существ.

Хрящевые рыбы сохранили некоторые примитивные характеристики своих предков, которые утратили их "костные" родственники. Среди таких особенностей остроконечные чешуйки (дермальные зубчики), как бы встроенные в кожу и имеющие поразительное сходство с "классическими" зубами.

Дермальные зубчики на коже хрящевых рыб состоят из дентина, который также является основой зубов млекопитающих.
Дермальные зубчики на коже хрящевых

Зная это, учёные решили проделать тот же эксперимент, который проводился с рыбками данио, но только на этот раз изучить хрящевых рыб. Специалисты использовали флуоресцентные маркеры, чтобы отследить развитие клеток у эмбриона хрящевой рыбы – ежового ската (Leucoraja erinacea).

И оказалось, что зубы у него формируются из клеток того же типа, который образует те самые остроконечные чешуйки на коже. Это клетки нервного гребня.

Эти данные, по мнению учёных, подтверждают версию о том, что на ранних этапах эволюции зубчатые чешуйки с тела рыб "перекочевали" в их рты, а затем образовали зубы.

"Первые примитивные дермальные зубчики были гораздо более острыми. Такие отростки сохранились лишь в некоторых семействам хрящевых рыб. А чешуйки большинства современных рыб сильно отличаются от древних", – рассказывает один из авторов исследования Эндрю Гиллис (Andrew Gillis).

По его словам, эти отличия заметны при прикосновении: кожа акулы, благодаря зубцам, напоминает наждачную бумагу (и, кстати, этим преимуществом пользовались древние предки акул). А поверхность тела костной рыбы не такая грубая на ощупь.

"Клетки нервного гребня являются ключевыми для процесса развития зубов у млекопитающих. Наши результаты свидетельствуют о глубоких эволюционных связях между этими примитивными рыбными зубцами и зубами современных позвоночных", – отмечает Гиллис.

Само формирование зубов, как собственно и челюстей, дало древним животным важное преимущество. Ранее они могли лишь фильтровать воду и всасывать мелкую живность, а вот челюсти, снабжённые зубами, позволили морским обитателем перейти на новый уровень питания: они начали пережёвывать более крупную и мясистую добычу.

Дермальные зубчики, по словам учёных, состоят из дентина – это кальцинированная ткань, которая составляет также большую часть зуба, сразу под эмалью. Но специалисты полагают, что у древних животных также было нечто вроде "брони" – минерализованного поверхностного скелета – из этого самого дентина.

400 миллионов лет назад такая "броня" защищала позвоночных от их же хищных родственников. Более того, по мнению авторов, она могла состоять из своеобразных пластин: костной основы и внешнего слоя дентина. Эти слои, вероятно, формировались из разных типов эмбриональных клеток, что объясняет современное несоответствие в развитии зубов у костных и хрящевых рыб.

"Этот древний дермальный скелет претерпел значительные изменения с течением времени. Акулы и другие хрящевые рыбы потеряли костный слой, а большинство остальных рыб утратило дентиновый слой", – заключает Гиллис.

Любопытно, что существует один вид рыб, который хранит до сих пор признаки обоих слоёв "брони". Это нильский многопёр, или бишир — распространённая аквариумная рыбка. Тело биширов покрыто очень крупной и твердой чешуёй из эмали, которая располагается рядами, а водомётные отверстия у них покрыты костяными пластинками.

Более подробно о своём открытии исследователи рассказали в статье, которая опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.