科学家发现鱼头上长出了真正的牙齿

长期以来，生物学家一直在争论牙齿的起源——鉴于牙齿对进食和生存至关重要，这是一个重要问题。多数讨论仅聚焦于口腔牙齿，未探究牙齿是否可能在身体其他部位演化而来。而科学家对东北太平洋的斑点银鲛（一种类似鲨鱼的物种）的研究，发现其头顶上长着一排排牙齿，这些牙齿排列在一个名为“抓握器”的软骨结构上，这是一种额头附肢，大致像章鱼哥的鼻子。这一发现重新开启了上述争论，促使研究人员思考此类特征的普遍程度及其对脊椎动物牙齿历史的揭示。

华盛顿大学星期五港湾实验室的博士后研究员卡莉·科恩表示：“这一疯狂且绝对惊人的特征颠覆了进化生物学中‘牙齿是严格口腔结构’的长期假设。抓握器是一种发育遗迹，并非怪异的特例，它是颌外带齿结构的首个明确例子。”该研究发表于《美国国家科学院院刊》。

斑点银鲛是普吉特湾最常见的鱼类之一，属于软骨鱼中的银鲛目，数百万年前与鲨鱼分化。它们体长约2英尺，因占体长约一半的细长尾巴而得名。只有成年雄性的额头才会长出抓握器，休息时它是眼睛间的小白瘤，抬起时则成为带钩、有倒刺且覆盖牙齿的器官。雄性用抓握器进行展示和发挥功能：抬起它来吓退竞争对手，交配时则用它抓住雌性的胸鳍，使配对在水中保持在一起。科恩说：“鲨鱼没有手臂，但需要在水下交配，因此很多鲨鱼进化出了用于繁殖时连接配偶的抓握结构。”斑点银鲛也像许多其他软骨鱼一样，用腹鳍交接器进行交配。

多数鲨鱼、鳐鱼和魟鱼的身体覆盖着名为“盾鳞”的小齿状鳞片，但斑点银鲛除了腹鳍交接器上有盾鳞外，皮肤基本光滑。这种异常的盾鳞缺失让科学家质疑它们的去向，以及抓握器上的牙齿是否可能是其进化残留。

研究前，科研人员有两种推测：一是这些“牙齿”只是改良的盾鳞，是远古祖先的遗留特征；二是它们是真正的牙齿，类似口腔内的牙齿。科恩说：“银鲛的脸很怪异，小时候它们有点像被挤在小卵黄囊里的大象。”形成口腔区域的细胞分布范围更广，因此在某个时期，一团形成牙齿的细胞可能迁移到头部并留存下来，这是合理的。

为验证这些理论，研究人员捕捉并分析了数百条鱼，利用显微CT扫描和组织样本记录抓握器的发育过程。虽然鲨鱼难以研究，但普吉特湾的斑点银鲛数量丰富，它们常出没于星期五港湾实验室（位于圣胡安岛的华盛顿大学研究设施）周围的浅水区。研究人员还将现代银鲛与祖先化石进行了比较。

扫描显示，雄性和雌性银鲛早期都会开始形成抓握器。雄性的抓握器从一小簇细胞发育成眼睛间的小白瘤，逐渐拉长，附着于控制颌的肌肉，最终从皮肤表面突出并长出牙齿；雌性的抓握器则从未形成或矿化，但早期结构的痕迹仍在。扫描还发现，抓握器牙齿的形成源于颌部存在的“牙板”组织，而此前从未在颌外发现过牙板。科恩说：“当我们第一次看到牙板时，眼睛都亮了，在颌外发现这种关键结构太令人兴奋了。”在人类中，牙板在长出恒牙后会分解，但许多脊椎动物保留了换牙能力（如鲨鱼有“不断运转的传送带”般的新牙）。而包括斑点银鲛腹鳍交接器上的盾鳞在内，盾鳞并无牙板。牙板的发现有力证明抓握器上的是真正的牙齿，而非残留的盾鳞，遗传证据也支持这一结论。

佛罗里达大学的生物学教授、该研究的资深作者加雷斯·弗雷泽表示：“如果这些奇特的银鲛能在头顶长牙齿，这会让我们更广泛地思考牙齿发育的动态性。”鲨鱼常被用作牙齿和发育研究的模型，因其有众多口腔牙齿且全身覆盖盾鳞，但科恩补充道，鲨鱼仅代表了历史记录中牙齿多样性的一小部分。“银鲛提供了罕见的过去视角，”她说，“我认为，我们对脊椎动物身上尖刺结构研究得越多，就会在颌外发现越多的牙齿。”

该研究由美国国家科学基金会、海洋保护基金会以及星期五港湾实验室支持早期职业创新研究的内部捐赠基金资助。