В биологии существует один давний спор о зубах: переместилась ли чешуя древней рыбы в рот вместе с возникновением челюстей, или же у зуба было свое собственное эволюционное начало.
Недавние исследования таких видов, как рыбки данио, показали, что чешуя и зубы развиваются из совершенно разных кластеров клеток у эмбрионов рыб, что проливает холодную воду на теории «зубов из чешуи».
Однако, в то время как у большинства морских рыб есть кости, у представителей одной древней линии - акул, скатов и скатов - скелет полностью состоит из хрящей.
Эти хрящевые рыбы сохраняют некоторые примитивные характеристики, которые были утрачены у их костных собратьев, в том числе небольшие колючие чешуйки, встроенные в их кожу, называемые «кожными зубчиками», которые имеют поразительное сходство с зазубренными зубами.
Теперь исследователи из Кембриджского университета использовали флуоресцентные маркеры для отслеживания развития клеток в эмбрионе хрящевой рыбы - в данном случае небольшого ската - и обнаружили, что эти колючие чешуйки на самом деле созданы из одного и того же типа клеток в виде зубов: клетки нервного гребня.
Выводы, опубликованные в журнале PNAS, подтверждают теорию о том, что в глубинах ранней эволюции эти «зубчатые» чешуйки были перенесены в зарождающиеся рты челюстных позвоночных для формирования зубов. Челюстные позвоночные в настоящее время составляют 99% всех живых позвоночных, от рыб до млекопитающих.
«Чешуя большинства современных рыб сильно отличается от древней чешуи ранних позвоночных», - говорит автор исследования доктор Эндрю Гиллис из Кембриджского факультета зоологии и Морской биологической лаборатории в Вудс-Хоул.
Примитивная чешуя была гораздо больше похожа на зубы по структуре, но сохранилась только у нескольких современных линий, в том числе у хрящевых рыб, таких как скаты и акулы.
«Погладьте акулу, и вы обнаружите, что она на ощупь более грубая, чем другая рыба, поскольку кожа акулы полностью покрыта дермальными зубчиками. Есть доказательства того, что кожа акулы фактически использовалась в качестве наждачной бумаги еще в бронзовом веке», - говорит Гиллис.
«Пометив различные типы клеток в эмбрионах скатов, мы смогли проследить их судьбу. Мы показываем, что, в отличие от большинства рыб, зубчатая чешуя акул и скатов развивается из клеток нервного гребня, как и зубы.
Клетки нервного гребня играют центральную роль в процессе развития зубов у млекопитающих. Наши результаты свидетельствуют о глубокой эволюционной связи между этой примитивной рыбьей чешуей и зубами позвоночных.
"Ранние бесчелюстные позвоночные были фильтраторами - всасывали мелкую добычу из воды. Именно появление челюстей и зубов позволило позвоночным начать перерабатывать более крупную и сложную добычу."
Само название этих чешуек, дермальные зубчики, намекает на тот факт, что они образованы из дентина: твердой кальцифицированной ткани, которая составляет большую часть зуба и располагается под эмалью.
Зазубренные кожные зубчики на акулах и скатах - и, вполне возможно, зубы позвоночных - являются остатками самого раннего минерализованного скелета позвоночных: поверхностного панциря.
Эта броня, возможно, достигла своего пика около 400 миллионов лет назад у ныне вымерших видов бесчелюстных позвоночных в качестве защиты от хищничества свирепых морских скорпионов или даже их ранних челюстных родственников.
Кембриджские ученые предполагают, что эти ранние панцирные пластины были многослойными: они состояли из костной основы и внешнего слоя дентина, причем разные слои происходили из разных типов клеток в нерожденных эмбрионах.
Эти слои затем по-разному сохранялись, редуцировались или утрачивались у разных родословных позвоночных в ходе эволюции. «Этот древний кожный скелет со временем претерпел значительные изменения и изменения», - говорит Гиллис.
"Акулы и скаты потеряли костный нижний слой, в то время как большинство рыб потеряли зубоподобный внешний слой дентина. Некоторые виды, такие как бичир, популярная рыба в домашних аквариумах, сохранили аспекты обоих слоев этого древнего внешнего скелета."