脊椎動(dòng)物的牙齒從何而來？這是古生物學(xué)界長(zhǎng)期未解的謎題?？茖W(xué)家們已經(jīng)知道，牙齒起源于一種名叫齒突（odontodes）的結(jié)構(gòu)——它們最初是古魚類的盔甲或外骨骼上隆起的小突起。但科學(xué)家仍不清楚牙齒的起源和功能為何。

近期發(fā)表在《自然》雜志的一項(xiàng)研究，為牙齒的最早起源及其用途帶來了帶來了關(guān)鍵線索。一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，牙齒內(nèi)部的關(guān)鍵組織——齒質(zhì)（dentine），最初可能是古魚類的外骨骼上的感覺組織，是為了“感知外部世界”，而非“咀嚼”而進(jìn)化出來的。

脊椎動(dòng)物的齒質(zhì)

起初，研究人員想要探尋的是古生物學(xué)中另一個(gè)難題：化石記錄中最早的脊椎動(dòng)物是什么？為此，他們收集了數(shù)百個(gè)寒武紀(jì)時(shí)期（約5.4億~4.85億年前）的化石樣本。

這些樣本被送入一個(gè)名為“先進(jìn)光子源”的大型粒子加速器中進(jìn)行CT掃描，目的是尋找可能代表脊椎動(dòng)物的典型結(jié)構(gòu)。在進(jìn)行了一整夜的掃描后，一個(gè)名為Anatolepis的寒武紀(jì)化石樣本引起了注意。

研究人員發(fā)現(xiàn)，在其齒突的下方，存在很多微小的管體結(jié)構(gòu)，里面填充著與現(xiàn)代齒質(zhì)非常相似的物質(zhì)。要知道，脊椎動(dòng)物的一個(gè)“標(biāo)志性特征”（至少在一些較晚期的魚類中）正是——在外骨骼的齒突內(nèi)包含齒質(zhì)。

這令人興奮：如果

Anatolepis

牙齒，還是感器？

不過，研究人員不能僅憑一個(gè)樣本就下定論。于是，他們開始分析之前掃描過的其他化石樣本和動(dòng)物的圖像。這些樣本種類非常豐富，從遠(yuǎn)古化石，到現(xiàn)代的螃蟹、蝸牛、甲蟲、藤壺、鯊魚和鰩魚應(yīng)有盡有，甚至還包括研究人員在自己水族箱里養(yǎng)的小型吸盤鯰魚。

當(dāng)他們將

Anatolepis

這意味著，Anatolepis實(shí)際上是一種古老的無(wú)脊椎節(jié)肢動(dòng)物，而非脊椎動(dòng)物。事實(shí)上，自1996年以來，科學(xué)界就有研究聲稱

Anatolepis

那么，真正的脊椎動(dòng)物齒質(zhì)化石，又出現(xiàn)在哪里呢？研究人員將目光投向另一種早期的脊椎動(dòng)物：生活在大約4.65億年前奧陶紀(jì)古魚——Eriptychius。他們?cè)谶@種真正的脊椎動(dòng)物身上觀察到了類似的管體結(jié)構(gòu)，而且其中確實(shí)含有齒質(zhì)。這些結(jié)構(gòu)很可能用于感知周圍水域的溫度、壓力或其他環(huán)境變化。

這意味著：即便這些“牙齒”不長(zhǎng)在口腔里，它們也可以承擔(dān)感知功能。

也存在于現(xiàn)代動(dòng)物身上

研究人員表示，其實(shí)在一些現(xiàn)代脊椎動(dòng)物中，我們依然能看到這類結(jié)構(gòu)的身影。比如，在鯊魚、鰩魚和鯰魚的皮膚上，就長(zhǎng)著名為“小齒”（denticle）的類牙結(jié)構(gòu)，使它們的皮膚摸起來像砂紙一樣粗糙。

這是一張?chǎng)庺~頭部前端的CT掃描圖像，圖中顯示了它皮膚上堅(jiān)硬的、類似牙齒的“小齒”，用橙色高亮標(biāo)出。（圖/Yara Haridy via University of Chicago）

研究人員發(fā)現(xiàn)，這些小齒不僅外形像牙齒，更關(guān)鍵的是它們與神經(jīng)相連，也具有感知功能——這與真正的牙齒、身披“盔甲”的古魚類的齒突，以及節(jié)肢動(dòng)物（如螃蟹、蝦）的甲殼上的感器，都驚人地相似。

這些發(fā)現(xiàn)說明，脊椎動(dòng)物和無(wú)脊椎動(dòng)物，分布在各自的進(jìn)化過程中，獨(dú)立發(fā)展出了這種“外骨骼上的感應(yīng)器”，用來更好地感知外部世界。

牙齒的起源，不止為了咀嚼

這項(xiàng)研究為脊椎動(dòng)物的牙齒組織是何時(shí)出現(xiàn)的提供了新線索。關(guān)于這些結(jié)構(gòu)最終如何進(jìn)化成牙齒，有兩種主要觀點(diǎn)：

• 一種觀點(diǎn)是“由內(nèi)向外”（inside-out）假說，認(rèn)為牙齒最早出現(xiàn)在口腔內(nèi)部，后來才被“借用”到外骨骼中。

• 而另一種“由外向內(nèi)”（outside-in）假說則主張，這種敏感的感知結(jié)構(gòu)最早出現(xiàn)在外骨骼上，后來動(dòng)物用相同的一套遺傳工具，把這類結(jié)構(gòu)發(fā)展成了敏感的牙齒。

這項(xiàng)研究的結(jié)果顯然更支持后者。

盡管這項(xiàng)研究并未找到地球上最早的脊椎動(dòng)物，但它成功剔除了過去一些錯(cuò)誤歸類的“候選者”，并為牙齒的進(jìn)化史提供了嶄新視角。此外，這些發(fā)現(xiàn)也更新了我們對(duì)“牙齒”的理解：這不僅是吃飯的工具，更是數(shù)億年前生命體表感知世界的方式。

#參考來源：

https://biologicalsciences.uchicago.edu/news/sensory-teeth-evolve-fossil-exoskeletons

https://www.nature.com/articles/s41586-025-08944-w

#圖片來源：

封面圖&首圖：Yara Haridy via University of Chicago