Эта чувствительность помогает нам ощущать температуру, давление и, конечно, боль, когда мы жуем.

Но оказывается, изначально чувствительные ткани внутри зубной эмали появились вовсе не для этого.

Новое исследование Чикагского университета показало, что дентин — внутренний слой зубов, передающий сигналы нервам пульпы, — впервые возник как сенсорная ткань в бронированных панцирях древних рыб.

Результаты опубликованы в издании Nature.

Раньше палеонтологи считали, что зубы развились из бугорков на этой броне, но их назначение оставалось загадкой.

Теперь ученые подтвердили: у древней рыбы ордовикского периода (465 млн лет назад) эти структуры содержали дентин и, вероятно, помогали ей чувствовать изменения в окружающей воде.

Более того, оказалось, что образования, похожие на зубы у кембрийских окаменелостей (485–540 млн лет назад), напоминают элементы панцирей беспозвоночных и даже сенсорные органы современных членистоногих — например, крабов и креветок. Это значит, что чувствительные структуры в броне разных животных развивались независимо и помогали им ориентироваться в мире.

Представьте себе древнее существо, плавающее в броне. В мире, полном хищников, способность чувствовать воду вокруг была критически важна, — объясняет Нил Шубин, профессор биологии и анатомии, соавтор исследования. — Интересно, что членистоногие, вроде мечехвостов, пришли к тому же решению.

Ночь в лаборатории

Яра Хариди, ведущий автор исследования, изначально искала не предков зубов, а самого древнего позвоночного в окаменелостях. Она собрала сотни образцов, некоторые — размером с кончик зубочистки, и отправилась в Аргоннскую национальную лабораторию, чтобы просканировать их на синхротроне.

Один из образцов, Анатолепис, казалось, содержал дентин — признак позвоночного.

Мы уже готовы были праздновать: вот он, первый зуб! — вспоминает Хариди.

Но когда сравнили с окаменелостью членистоногого, все оказалось сложнее.

Оказалось, Анатолепис — не рыба, а древний беспозвоночный. А вот у другой окаменелости, Эриптихиуса, в похожих структурах действительно был дентин.

Это показывает, что «зубы» могут быть сенсорами даже вне рта, — говорит Хариди.

Кожа как наждачка

У современных акул, скатов и сомов есть зубоподобные структуры — дермальные зубчики, делающие кожу шершавой. Изучив ткани сомиков, Хариди обнаружила, что эти зубчики связаны с нервами — как и настоящие зубы.

Как же эти структуры стали зубами? Есть две теории:

• «Изнутри наружу» — зубы появились первыми, потом адаптировались для панцирей.
• «Снаружи внутрь» — чувствительные элементы сначала возникли на броне, а потом „переехали“ в рот.

Новое исследование поддерживает вторую версию.

Мы не нашли самого раннего позвоночного, но открыли нечто куда круче, — смеется Шубин.

Этот прорыв помогает понять, как эволюция повторно использует удачные решения: сенсорные структуры независимо возникли у разных животных для схожих задач. Также исследование:

• Проясняет спорные моменты в палеонтологии (например, статус Анатолеписа).
• Показывает, что зубы — часть более древней сенсорной системы.
• Дает ключи к регенерации зубов у человека.

Хотя работа убедительна, остается вопрос: почему дентин в броне некоторых рыб не развился в полноценные зубы? Возможно, для этого требовались дополнительные генетические изменения, которые произошли позже.

Ранее ученые открыли гены, отвечающие за раннее формирование зубов.