Gamle fiskeskæl og hvirveldyrtænder deler en embryonal oprindelse

I biologi, en langvarig debat har tænder:om gamle fiskeskæl flyttede ind i munden med oprindelsen af ​​kæber, eller hvis tanden havde sin egen evolutionære begyndelse.

Nylige undersøgelser af arter som zebrafisk viste, at skæl og tænder udviklede sig fra tydeligt forskellige klynger af celler i fiskeembryoner, at hælde koldt vand på teorier om 'tænder fra vægt'.

Imidlertid, mens de fleste fisk i havet har knogler, en gammel slægt - hajer, skøjter og rokker - besidder skeletter udelukkende lavet af brusk.

Disse bruskfisk bevarer nogle primitive egenskaber, som er gået tabt i deres benlige modstykker, herunder små spidse skæl indlejret i deres hud kaldet 'dermale dentikler', der har en slående lighed med takkede tænder.

Nu, forskere ved University of Cambridge har brugt fluorescerende markører til at spore celleudvikling i embryonet af en bruskfisk - en lille skøjte i dette tilfælde - og fundet ud af, at disse tornede skæl faktisk er skabt af den samme type celler som tænder:neural crest celler.

Fundene, offentliggjort i tidsskriftet PNAS , støtte teorien om, at i dybet af den tidlige evolution, disse 'dentikle' skæl blev båret ind i munden på kæbede hvirveldyr for at danne tænder. Kæbede hvirveldyr udgør nu 99% af alle levende hvirveldyr, fra fisk til pattedyr.

"Skællene på de fleste fisk, der lever i dag, er meget forskellige fra de gamle skæl fra tidlige hvirveldyr, " siger undersøgelsesforfatter Dr. Andrew Gillis fra Cambridge's Department of Zoology and the Marine Biological Laboratory i Woods Hole.

"Primitive skalaer var meget mere tandlignende i strukturen, men er kun blevet bevaret i nogle få levende slægter, herunder bruskfisk som skøjter og hajer.

"Slåg en haj, og du vil opdage, at den føles hårdere end andre fisk, da hajskind er fuldstændig dækket af dermale tandtænder. Der er beviser for, at hajskind faktisk blev brugt som sandpapir så tidligt som i bronzealderen, " siger Gillis.

"Ved at mærke de forskellige typer celler i fostrene på skate, vi var i stand til at spore deres skæbner. Vi viser, at i modsætning til de fleste fisk, tandskæl af hajer og skate udvikler sig fra neurale kamceller, ligesom tænder.

"Neurale kamceller er centrale i processen med tandudvikling hos pattedyr. Vores resultater tyder på et dybt evolutionært forhold mellem disse primitive fiskeskæl og tænderne hos hvirveldyr.

"Tidlige kæbeløse hvirveldyr var filterfødere - der sugede små byttegenstande ind fra vandet. Det var fremkomsten af ​​både kæber og tænder, der gjorde det muligt for hvirveldyr at begynde at behandle større og mere komplekse byttedyr."

Selve navnet på disse vægte, dermale dentikler, hentyder til, at de er dannet af dentin:et hårdt forkalket væv, der udgør størstedelen af ​​en tand, sidder under emaljen.

De takkede dermale tandtænder på hajer og skate - og, ganske muligt, hvirveldyrtænder - er rester af det tidligste mineraliserede skelet af hvirveldyr:overfladisk panserbelægning.

Denne rustning ville måske have toppet for omkring 400 millioner år siden i nu uddøde kæbeløse hvirveldyr, som beskyttelse mod prædation fra glubske havskorpioner, eller endda deres tidlige kæbede slægtninge.

Cambridge-forskerne antager, at disse tidlige panserplader var flerlagede:bestående af et fundament af knogle og et ydre lag af dentin - med de forskellige lag, der stammer fra forskellige typer celler i ufødte embryoner.

Disse lag blev derefter bibeholdt forskelligt, reduceret eller tabt i forskellige hvirveldyrslinjer i løbet af evolutionen. "Dette ældgamle hudskelet har gennemgået betydelige reduktioner og modifikationer gennem tiden, " siger Gillis.

"Hajerne og skøjten har mistet det knoglede underlag, mens de fleste fisk har mistet det tandlignende dentinydre lag. Et par arter, såsom bichiren, en populær fisk i hjemmeakvarier, har bevaret aspekter af begge lag af dette gamle ydre skelet."