Вчені знайшли зуби на лобі риби-щура з Тихого океану

Нове дослідження виявило незвичайну особливість у звичайного виду риби: зуби на лобі, які використовуються для спарювання. Плямиста риба-щур, акулоподібний вид, що мешкає у північно-східній частині Тихого океану, має ряди зубів на верхній частині голови, які розташовані вздовж хрящового відростка, що називається тенакулум і віддалено нагадує ніс Сквідварда.

Дослідники довго розмірковували про походження зубів — структур, настільки важливих для виживання та еволюції, що більшість з нас рідко зупиняється, щоб подумати про них. Однак дебати зосереджуються на еволюції ротових зубів, не враховуючи можливості того, що зуби можуть бути і в інших місцях.

З відкриттям зубів на тенакулумі дослідники замислюються про те, де ще вони можуть рости, і як це може змінити уявлення про історію зубів. «Ця божевільна, абсолютно вражаюча особливість перевертає довготривале припущення в еволюційній біології про те, що зуби є суворо ротовими структурами», — каже Карлі Коен, постдокторський дослідник з лабораторій Фрайдей-Харбор Вашингтонського університету.

«Тенакулум — це розвитковий релікт, а не дивацька одинична особливість, і перший чіткий приклад зубастої структури поза щелепою», — додає вона. Результати дослідження опубліковані у Proceedings of the National Academy of Sciences.

Плямисті риби-щури є одним з найпоширеніших видів риб у затоці Пьюджет-Саунд. Вони належать до категорії хрящових риб, що називаються химерами, які відокремилися від акул на еволюційному дереві мільйони років тому. Завдовжки близько двох футів, плямисті риби-щури названі так через довгі тонкі хвости, які становлять половину їхньої довжини. Тільки дорослі самці мають тенакулум, що прикрашає їхні лоби. У спокійному стані він виглядає як маленький білий арахіс між очима. Коли він випрямляється, тенакулум має гачкоподібну форму з зубцями та зубами.

Самці розправляють свій тенакулум, щоб залякати конкурентів. Під час спарювання вони хапають самок за грудний плавець, щоб не віддрейфувати один від одного. «У акул немає рук, але їм потрібно спаровуватися під водою», — пояснює Коен. «Тому багато з них розвинули хапальні структури, щоб з'єднатися з партнером під час розмноження». Плямисті риби-щури також мають тазові класпери, які вони використовують для цієї мети.

Багато звичайних акул, скатів і ромбів покриті зубоподібними структурами, що називаються дентикулами. Окрім дентикул на їхніх тазових класперах, плямисті риби-щури є «досить голими», каже Коен, що змусило дослідників задатися питанням: куди поділися всі їхні дентикули?

До цього дослідження у них було дві теорії. Одна припускала, що «зуби» на їхньому тенакулумі були дентикулами, залишком минулого. Інша пропонувала, що це були справжні зуби, подібні до тих, що присутні в ротовій порожнині.

«Риби-щури мають дуже дивні обличчя», — каже Коен. «Коли вони маленькі, вони трохи схожі на слона, стиснутого в маленький жовтковий мішок». Клітини, що формують ротову область, розповсюджені далі, що робить правдоподібним те, що в якийсь момент скупчення клітин, що формують зуби, могло мігрувати на голову і прикріпитися.

Щоб перевірити ці теорії, дослідники спіймали та проаналізували сотні риб, використовуючи мікро-КТ сканування та зразки тканин для документування розвитку тенакулума. Хоча акул може бути досить важко вивчати, плямисті риби-щури рясніють у затоці Пьюджет-Саунд. Вони часто відвідують мілководдя навколо лабораторій Фрайдей-Харбор, дослідницького закладу Вашингтонського університету, розташованого на острові Сан-Хуан. Вони також порівняли сучасних риб-щурів з предковими скам'янілостями.

Сканування показало, що і самці, і самки риб-щурів починають формувати тенакулум на ранній стадії. У самців він виростає з маленького скупчення клітин у маленький білий прищик, який подовжується між очима. Він прикріплюється до м'язів, що контролюють щелепу, і нарешті прориває поверхню шкіри та проростає зубами. У самок він ніколи не матеріалізується або не мінералізується, але докази ранньої структури залишаються.

Нові зуби вкорінені в смузі тканини, що називається зубною пластинкою, яка присутня в щелепі, але ніколи не була задокументована в іншому місці. «Коли ми вперше побачили зубну пластинку, наші очі вилізли з орбіт», — каже Коен. «Було так захоплююче побачити цю важливу структуру поза щелепою».

У людей зубна пластинка розпадається після того, як ми виростимо наші постійні зуби, але багато хребетних зберігають здатність замінювати свої зуби. Акули, наприклад, мають «постійний конвеєр» нових зубів, каже Коен. Шкірні дентикули, включаючи ті, що на тазових класперах плямистої риби-щура, не мають зубної пластинки. Ідентифікація цієї структури була переконливим доказом того, що зуби на тенакулумі справді є зубами, а не залишковими дентикулами. Генетичні дані також підтвердили цей висновок.

«Зуби хребетних надзвичайно добре об'єднані генетичним інструментарієм», — каже Коен. Зразки тканин виявили, що гени, пов'язані з зубами у хребетних, експресувалися в тенакулумі, але не в дентикулах. У літописі скам'янілостей вони також спостерігали докази зубів на тенакулумі споріднених видів.

«У нас є поєднання експериментальних даних з палеонтологічними доказами, щоб показати, як ці риби кооптували вже існуючу програму для виготовлення зубів, щоб створити новий пристрій, який є важливим для розмноження», — каже Майкл Коутс, професор і завідувач кафедри організмової біології та анатомії Чиказького університету та співавтор статті.

Сучасна доросла самець плямистої риби-щура може виростити сім або вісім рядів гачкоподібних зубів на своєму тенакулумі. Ці зуби втягуються та згинаються більше, ніж звичайний іклo, дозволяючи рибі зачепитися за партнера під час плавання. Розмір тенакулума також, здається, не пов'язаний з довжиною риби. Його розвиток натомість узгоджується з тазовими класперами, що припускає, що мігруюча тканина тепер регулюється іншими мережами.

«Якщо ці дивні химери приклеюють зуби на передню частину своєї голови, це змушує думати про динамізм розвитку зубів загалом», — каже Гарет Фрейзер, професор біології Університету Флориди та старший автор дослідження.

Акули часто служать моделлю для вивчення зубів і розвитку, оскільки вони мають так багато ротових зубів і покриті дентикулами. Але, додає Коен, акули володіють лише шматочком зубного різноманіття, захопленого історією. «Химери пропонують рідкісний погляд у минуле», — каже вона. «Я думаю, що чим більше ми дивимося на колючі структури у хребетних, тим більше зубів ми знайдемо поза щелепою».