Рыбы-пираньи обладают мощным укусом. Их зубы помогают им разрывать плоть своей добычи или даже соскребать растения с камней, чтобы дополнить свой рацион.
Много лет назад ученые обнаружили, что пираньи сразу теряют все зубы на одной стороне рта и отращивают их заново, по-видимому, для того, чтобы заменить притупившиеся зубы новыми острыми копьями, которыми они грызут добычу. Но никакие музейные образцы никогда не подтверждали эту теорию, и нет документальных подтверждений того, что у пираний отсутствует целый блок зубов.
С помощью новых технологий команда под руководством Вашингтонского университета подтвердила, что пираньи и их кузены, питающиеся растениями, паку, на самом деле теряют и отрастают все зубы на одной стороне лица несколько раз. раз на протяжении всей своей жизни. То, как они это делают, может помочь объяснить, почему рыбы прилагают такие усилия, чтобы заменить свои зубы.
Выводы были опубликованы 26 августа в журнале Evolution & Development.
«Я думаю, что в некотором смысле мы нашли решение проблемы, которая очевидна, но никто не сформулировал ее раньше», - сказал старший автор Адам Саммерс, профессор биологии, наук о воде и рыболовстве в UW Friday Harbour Laboratories. на острове Сан-Хуан.
"Зубы образуют прочную батарею, сцепленную вместе, и все они сразу теряются на одной стороне лица. Новые зубы носят старые как "шапки", пока они не будут готовы прорезаться. Итак,, пираньи никогда не бывают беззубыми, даже несмотря на то, что они постоянно заменяют тупые зубы новыми острыми."
Команда исследователей объединила свои знания в области истории эволюции, биомеханических свойств рыб и мощных технологий визуализации, чтобы собрать воедино маловероятную историю о том, как пираньи и паку теряют и заменяют зубы. С новыми зубами, ожидающими своего часа, рыба никогда не пропускает полный набор жемчужно-белых зубов.
Как только исследователи обнаружили, как заменяются зубы, они начали понимать, почему рыбы, вероятно, используют эту тактику. Используя передовую технику визуализации, они смогли четко увидеть контуры и топографию зубов внутри различных образцов рыб. Они обнаружили, что зубы с каждой стороны были сцеплены друг с другом, образуя два прочных блока внутри каждого рта.
«Когда один зуб изнашивается, становится трудно заменить только один», - говорит ведущий автор Мэтью Колманн, исследователь с докторской степенью в Университете Джорджа Вашингтона, который начал эту работу с Саммерсом в качестве исследователя в Friday Harbour Labs. «Как только вы соединяете зубы вместе, если один из них слишком сильно изнашивается, он становится недостающим звеном на сборочной линии. Все они должны работать вместе скоординированным образом».
Сцепление зубов, вероятно, приносит пользу рыбам, позволяя им распределять нагрузку на все зубы при жевании. Исследователи объяснили, что компромисс, связанный с необходимостью одновременной потери всего набора зубов, возможно, стоит того в течение жизни.
«Со сцепленными зубами рыба превращается из одного острого зуба, который может расколоть орех или прорезать плоть, в целую батарею зубов», - говорит соавтор Карли Коэн, докторант биологии UW. «У пираний и паку есть много различий в том, как смыкаются зубы, и, похоже, это связано с тем, как зубы используются».
Исследователи использовали самые современные методы анализа для детального изучения образцов десятков пираний и паку. Они выполнили компьютерную томографию 93 образцов 40 различных видов, оцифровав кости и соединительные ткани для трехмерного исследования с высоким разрешением. Они также окрашивали ткани рыб, чтобы увидеть, как развиваются зубы, и включили наследственную информацию о каждом виде, чтобы понять их эволюционные отношения друг с другом.
«Объединив все эти вещи, мы получили более целостное представление о том, что происходит», - сказал Коэн.
Эти методы показали четкую картину замены зубов почти у каждой пираньи и рыбы паку, которую они исследовали. Инструменты визуализации позволили им увидеть в образцах то, что раньше не было видно невооруженным глазом - ряды зубов, высовывающихся на поверхность под существующими зубами рыбы.
Кроме того, проект извлек новую информацию из десятков образцов рыб, которые находились на полках музеев естествознания по всей стране.
«Мотивация для этой работы возникла из-за попытки собрать эти коллекции и придумать новые способы изучения биологии рыб», - сказал Колманн.