脊椎动物的牙齿从何而来？这是古生物学界长期未解的谜题。科学家们已经知道，牙齿起源于一种名叫齿突（odontodes）的结构——它们最初是古鱼类的盔甲或外骨骼上隆起的小突起。但科学家仍不清楚牙齿的起源和功能为何。
近期发表在《自然》杂志的一项研究，为牙齿的最早起源及其用途带来了带来了关键线索。一个研究团队发现，牙齿内部的关键组织——齿质（dentine），最初可能是古鱼类的外骨骼上的感觉组织，是为了“感知外部世界”，而非“咀嚼”而进化出来的。
脊椎动物的齿质
起初，研究人员想要探寻的是古生物学中另一个难题：化石记录中最早的脊椎动物是什么？为此，他们收集了数百个寒武纪时期（约5.4亿~4.85亿年前）的化石样本。
这些样本被送入一个名为“先进光子源”的大型粒子加速器中进行CT扫描，目的是寻找可能代表脊椎动物的典型结构。在进行了一整夜的扫描后，一个名为Anatolepis的寒武纪化石样本引起了注意。
研究人员发现，在其齿突的下方，存在很多微小的管体结构，里面填充着与现代齿质非常相似的物质。要知道，脊椎动物的一个“标志性特征”（至少在一些较晚期的鱼类中）正是——在外骨骼的齿突内包含齿质。
这令人兴奋：如果Anatolepis真的是一种脊椎动物，那这就意味着含齿质的脊椎动物出现的时间，可以向前推进数千万年！
牙齿，还是感器？
不过，研究人员不能仅凭一个样本就下定论。于是，他们开始分析之前扫描过的其他化石样本和动物的图像。这些样本种类非常丰富，从远古化石，到现代的螃蟹、蜗牛、甲虫、藤壶、鲨鱼和鳐鱼应有尽有，甚至还包括研究人员在自己水族箱里养的小型吸盘鲶鱼。
当他们将Anatolepis与一件已知的节肢动物化石进行对比后，他们得到了令人“失望”的结果：他们注意到，Anatolepis上原本看似填充有齿质的管体结构，其实更像是螃蟹壳上的感知器官——“感器”（sensilla）。
这意味着，Anatolepis实际上是一种古老的无脊椎节肢动物，而非脊椎动物。事实上，自1996年以来，科学界就有研究声称Anatolepis是一种脊椎动物，但这一归类一直存在争议。现在终于有了结论。
那么，真正的脊椎动物齿质化石，又出现在哪里呢？研究人员将目光投向另一种早期的脊椎动物：生活在大约4.65亿年前奥陶纪古鱼——Eriptychius。他们在这种真正的脊椎动物身上观察到了类似的管体结构，而且其中确实含有齿质。这些结构很可能用于感知周围水域的温度、压力或其他环境变化。
这意味着：即便这些“牙齿”不长在口腔里，它们也可以承担感知功能。
也存在于现代动物身上
研究人员表示，其实在一些现代脊椎动物中，我们依然能看到这类结构的身影。比如，在鲨鱼、鳐鱼和鲶鱼的皮肤上，就长着名为“小齿”（denticle）的类牙结构，使它们的皮肤摸起来像砂纸一样粗糙。
这是一张鳐鱼头部前端的CT扫描图像，图中显示了它皮肤上坚硬的、类似牙齿的“小齿”，用橙色高亮标出。（图/Yara Haridy via University of Chicago）
研究人员发现，这些小齿不仅外形像牙齿，更关键的是它们与神经相连，也具有感知功能——这与真正的牙齿、身披“盔甲”的古鱼类的齿突，以及节肢动物（如螃蟹、虾）的甲壳上的感器，都惊人地相似。
这些发现说明，脊椎动物和无脊椎动物，分布在各自的进化过程中，独立发展出了这种“外骨骼上的感应器”，用来更好地感知外部世界。
牙齿的起源，不止为了咀嚼
这项研究为脊椎动物的牙齿组织是何时出现的提供了新线索。关于这些结构最终如何进化成牙齿，有两种主要观点：
- 一种观点是“由内向外”（inside-out）假说，认为牙齿最早出现在口腔内部，后来才被“借用”到外骨骼中。
- 而另一种“由外向内”（outside-in）假说则主张，这种敏感的感知结构最早出现在外骨骼上，后来动物用相同的一套遗传工具，把这类结构发展成了敏感的牙齿。
这项研究的结果显然更支持后者。
尽管这项研究并未找到地球上最早的脊椎动物，但它成功剔除了过去一些错误归类的“候选者”，并为牙齿的进化史提供了崭新视角。此外，这些发现也更新了我们对“牙齿”的理解：这不仅是吃饭的工具，更是数亿年前生命体表感知世界的方式。
#参考来源：
https://biologicalsciences.uchicago.edu/news/sensory-teeth-evolve-fossil-exoskeletons
https://www.nature.com/articles/s41586-025-08944-w
封面图&首图来源：Yara Haridy via University of Chicago
