Самці плямистої риби-щура мають справжні зуби на лобовому придатку, які використовуються для спарювання. У хребетних зуби мають багато спільних визначальних рис. Незалежно від їхньої форми, розміру чи гостроти, вони мають однакове генетичне походження, мають схожі фізичні особливості та зазвичай знаходяться в щелепі. Нещодавні відкриття ставлять під сумнів це давнє припущення. Плямиста риба-щур, акулоподібна риба, яка мешкає на північному сході Тихого океану, має ряди зубів не в роті, а на лобі. Ці зуби вистилають хрящову структуру, відому як тенакулум, придаток, який має разючу схожість з носом Сквідварда. Еволюційний зсув перспективи Протягом десятиліть вчені дискутували про походження зубів — структур, настільки важливих для виживання та еволюційної історії, що їх часто сприймають як належне. Значна частина цих дискусій зосереджувалася виключно на ротових зубах, без серйозного розгляду можливості того, що зуби могли розвиватися в інших місцях. Відкриття лобових зубів на тенаклумі тепер ставить нові питання про те, де ще вони можуть виникати, і як такі знахідки можуть змінити наше розуміння еволюції зубів. «Ця неймовірна, абсолютно вражаюча особливість перевертає давнє припущення в еволюційній біології, що зуби є виключно ротовими структурами», — сказала Карлі Коен, постдокторантка Університету Вашингтона в лабораторіях Фрайдей-Харбор при Вашингтонському університеті. «Тенакулум — це реліквія розвитку, а не дивний одноразовий випадок, і перший чіткий приклад зубчастої структури поза щелепою». Висновки були опубліковані в журналі «Proceedings of the National Academy of Sciences». Багато плямистої риби-щура в затоці П’юджет-Саунд Плямиста риба-щур є однією з найпоширеніших риб у затоці П’юджет-Саунд. Вона належить до групи хрящових риб, відомих як химери, які відокремилися від акул на еволюційному дереві мільйони років тому. Ці риби виростають приблизно до 60 см у довжину, а їхні довгі вузькі хвости становлять половину розміру їхнього тіла. Тільки у дорослих самців на лобі розвивається щупальце. У стані спокою ця структура нагадує маленький білий арахіс між очима, але коли її підняти, вона стає гачкуватою та вкритою зубами. Самці використовують щупальце в різних контекстах: вони демонструють його, щоб відлякати суперників, а під час спарювання використовують його, щоб схопити самок за грудний плавець, запобігаючи розльоту пари. «В акул немає рук, але їм потрібно паруватися під водою», — сказав Коен. «Тож багато з них розвинули хапальні структури, щоб з’єднатися з партнером під час розмноження». Плямистий пацюк-риба також має тазові затискачі, які вони використовують для цієї мети. Дентикли проти справжніх зубів Багато акул, скатів та скатів вкриті зубоподібними структурами, відомими як дентикли. На противагу цьому, плямисті риби-щури «досить голі», пояснив Коен, за винятком зубців, знайдених на їхніх тазових застібках. Це спостереження спонукало дослідників запитати: що сталося з рештою їхніх зубців? До цього дослідження вчені розглядали дві можливості. Одна з ідей полягала в тому, що «зуби» на тенаклумі були просто дентикулами, залишками більшого покриву з минулого. Інша теорія припускала, що ці структури були справжніми зубами, подібними до тих, що ростуть у роті. «У риб-щурів справді дивні мордочки», — сказав Коен. «Коли вони маленькі, вони схожі на слона, затиснутого в маленький жовтковий мішок». Клітини, що утворюють ротову область, розкидані далі, що робить ймовірним, що в певний момент скупчення клітин, що утворюють зуби, могло мігрувати на голову та прикріпитися. Перевірка конкуруючих теорій Щоб перевірити ці теорії, дослідники виловили та проаналізували сотні риб, використовуючи мікро-КТ-сканування та зразки тканин для документування розвитку тенакулюмів. Хоча акул досить важко вивчати, плямисті риби-щури рясніють у П’юджет-Саунд. Вони часто відвідують мілководдя навколо лабораторій Фрайдей-Харбор, дослідницького центру Університету Вісконсина, розташованого на острові Сан-Хуан. Вони також порівняли сучасних риб-щурів зі скам’янілостями їхніх предків. Форма та структура дорослого самця плямистої риби-щура, отримані за допомогою мікро-КТ. Ця технологія зображує морфологічні особливості, включаючи щупальце, у яскравих деталях. Сканування показало, що як самці, так і самки риб-щурів починають рано формувати тенакум. У самців він виростає з невеликого скупчення клітин у маленький білий прищик, який видовжується між очима. Він прикріплюється до м’язів, що контролюють щелепу, і, зрештою, проривається крізь поверхню шкіри та проростає зубами. У самок він ніколи не матеріалізується — і не мінералізується — але залишаються сліди ранньої структури. Нові зуби вкорінені в смузі тканини, яка називається зубною пластинкою, що присутня в щелепі, але ніколи більше не була задокументована. «Коли ми вперше побачили зубну пластинку, наші очі вирячилися», — сказав Коен. «Було так захопливо побачити цю важливу структуру поза щелепою». У людей зубна пластинка руйнується після того, як у нас виростають дорослі зуби, але багато хребетних зберігають здатність відновлювати свої зуби. Наприклад, акули мають «постійний конвеєр» нових зубів, сказав Коен. Дермальні зубчики, включаючи ті, що знаходяться на тазових застібках плямистої риби-щура, не мають зубної пластинки. Виявлення цієї структури стало переконливим доказом того, що зуби на тенаклумі справді є зубами, а не залишками зубчиків. Генетичні дані також підтвердили цей висновок. «Зуби хребетних надзвичайно добре об’єднані генетичним набором інструментів», — сказав Коен. Генетичні докази справжніх зубів Зразки тканин показали, що гени, пов’язані із зубами у хребетних, експресувалися в тенакулюмі, але не в зубчиках. У палеонтологічних рештках вони також виявили ознаки зубів на тенакулюмі споріднених видів. «У нас є поєднання експериментальних даних із палеонтологічними доказами, які показують, як ці риби запозичили вже існуючу програму виробництва зубів, щоб створити новий пристрій, необхідний для розмноження», — сказав Майкл Коутс, професор і завідувач кафедри організменної біології та анатомії Чиказького університету та співавтор статті. Сучасний дорослий самець плямистої риби-щура може виростити сім або вісім рядів гачкоподібних зубів на своєму щупальці. Ці зуби втягуються та згинаються більше, ніж у середнього ікла, що дозволяє рибі чіплятися за партнера під час плавання. Розмір щупальця також, здається, не пов’язаний з довжиною риби. Його розвиток натомість збігається з тазовими затискачами, що свідчить про те, що мігруюча тканина тепер регулюється іншими мережами. «Якщо ці дивні химери мають зуби на передній частині голови, це змушує задуматися про динамізм розвитку зубів загалом», — сказав Гарет Фрейзер, професор біології в Університеті Флориди та старший автор дослідження. Акули часто слугують моделлю для вивчення зубів та їх розвитку, оскільки вони мають так багато ротових зубів і вкриті зубчиками. Але, додала Коен, акули мають лише невелику частину стоматологічного різноманіття, яке запам’ятала історія. «Химери пропонують рідкісний погляд у минуле», – сказала вона. «Я думаю, що чим більше ми розглядаємо колючі структури на хребетних, тим більше зубів ми знаходимо поза щелепою».