脊椎動物的牙齒從何而來？這是古生物學界長期未解的謎題。科學家們已經知道，牙齒起源於一種名叫齒突（odontodes）的結構——它們最初是古魚類的盔甲或外骨骼上隆起的小突起。但科學家仍不清楚牙齒的起源和功能為何。
近期發表在《自然》雜誌的一項研究，為牙齒的最早起源及其用途帶來了帶來了關鍵線索。一個研究團隊發現，牙齒內部的關鍵組織——齒質（dentine），最初可能是古魚類的外骨骼上的感覺組織，是為了「感知外部世界」，而非「咀嚼」而進化出來的。
脊椎動物的齒質
起初，研究人員想要探尋的是古生物學中另一個難題：化石記錄中最早的脊椎動物是什麼？為此，他們收集了數百個寒武紀時期（約5.4億~4.85億年前）的化石樣本。
這些樣本被送入一個名為「先進光子源」的大型粒子加速器中進行CT掃描，目的是尋找可能代表脊椎動物的典型結構。在進行了一整夜的掃描後，一個名為Anatolepis的寒武紀化石樣本引起了注意。
研究人員發現，在其齒突的下方，存在很多微小的管體結構，裏面填充着與現代齒質非常相似的物質。要知道，脊椎動物的一個「標誌性特徵」（至少在一些較晚期的魚類中）正是——在外骨骼的齒突內包含齒質。
這令人興奮：如果Anatolepis真的是一種脊椎動物，那這就意味着含齒質的脊椎動物出現的時間，可以向前推進數千萬年！
牙齒，還是感器？
不過，研究人員不能僅憑一個樣本就下定論。於是，他們開始分析之前掃描過的其他化石樣本和動物的圖像。這些樣本種類非常豐富，從遠古化石，到現代的螃蟹、蝸牛、甲蟲、藤壺、鯊魚和鰩魚應有盡有，甚至還包括研究人員在自己水族箱里養的小型吸盤鯰魚。
當他們將Anatolepis與一件已知的節肢動物化石進行對比後，他們得到了令人「失望」的結果：他們注意到，Anatolepis上原本看似填充有齒質的管體結構，其實更像是螃蟹殼上的感知器官——「感器」（sensilla）。
這意味着，Anatolepis實際上是一種古老的無脊椎節肢動物，而非脊椎動物。事實上，自1996年以來，科學界就有研究聲稱Anatolepis是一種脊椎動物，但這一歸類一直存在爭議。現在終於有了結論。
那麼，真正的脊椎動物齒質化石，又出現在哪裡呢？研究人員將目光投向另一種早期的脊椎動物：生活在大約4.65億年前奧陶紀古魚——Eriptychius。他們在這種真正的脊椎動物身上觀察到了類似的管體結構，而且其中確實含有齒質。這些結構很可能用於感知周圍水域的溫度、壓力或其他環境變化。
這意味着：即便這些「牙齒」不長在口腔里，它們也可以承擔感知功能。
也存在於現代動物身上
研究人員表示，其實在一些現代脊椎動物中，我們依然能看到這類結構的身影。比如，在鯊魚、鰩魚和鯰魚的皮膚上，就長着名為「小齒」（denticle）的類牙結構，使它們的皮膚摸起來像砂紙一樣粗糙。
這是一張鰩魚頭部前端的CT掃描圖像，圖中顯示了它皮膚上堅硬的、類似牙齒的「小齒」，用橙色高亮標出。（圖/Yara Haridy via University of Chicago）
研究人員發現，這些小齒不僅外形像牙齒，更關鍵的是它們與神經相連，也具有感知功能——這與真正的牙齒、身披「盔甲」的古魚類的齒突，以及節肢動物（如螃蟹、蝦）的甲殼上的感器，都驚人地相似。
這些發現說明，脊椎動物和無脊椎動物，分佈在各自的進化過程中，獨立發展出了這種「外骨骼上的感應器」，用來更好地感知外部世界。
牙齒的起源，不止為了咀嚼
這項研究為脊椎動物的牙齒組織是何時出現的提供了新線索。關於這些結構最終如何進化成牙齒，有兩種主要觀點：
- 一種觀點是「由內向外」（inside-out）假說，認為牙齒最早出現在口腔內部，後來才被「借用」到外骨骼中。
- 而另一種「由外向內」（outside-in）假說則主張，這種敏感的感知結構最早出現在外骨骼上，後來動物用相同的一套遺傳工具，把這類結構發展成了敏感的牙齒。
這項研究的結果顯然更支持後者。
儘管這項研究並未找到地球上最早的脊椎動物，但它成功剔除了過去一些錯誤歸類的「候選者」，並為牙齒的進化史提供了嶄新視角。此外，這些發現也更新了我們對「牙齒」的理解：這不僅是吃飯的工具，更是數億年前生命體表感知世界的方式。
#參考來源：
https://biologicalsciences.uchicago.edu/news/sensory-teeth-evolve-fossil-exoskeletons
https://www.nature.com/articles/s41586-025-08944-w
封面圖&首圖來源：Yara Haridy via University of Chicago
