头上有牙齿的鱼 Hydrolagus colliei 头部有一个带齿的器官。这个被称为钩爪的结构位于两眼之间,呈白色钩状突起,并被几排真牙覆盖。这一发现通过显微镜、遗传学和显微断层扫描技术记录下来,为修正关于脊椎动物牙齿起源和分布的假说提供了证据。
他们的发现及其重要性
与鲨鱼和鳐鱼典型的真皮小齿不同,鱼钩的钩爪元素源自牙板,该组织与口腔内产生牙齿的组织相同。因此,齿头鱼代表了一种功能和发育上的例外:它拥有与牙齿相符的组织学和标记,而非改良的鳞片,并拥有口外的齿列。从生殖角度来看,鱼钩具有双重作用。一方面,它有助于雄性在交配过程中附着在雌性的胸鳍上。另一方面,正如作者根据在成熟样本中观察到的行为所
其变异性显著。成年雄性记录到七到八排主排,并有周期性替换。器官大小与整体身长无关,而是与性成熟和其他生殖特征(例如骨盆扣)的发育相关。这表明内分泌和遗传控制与生殖周期相关,而非一般的体细胞生长。
研究方法和比较背景
研究团队利用微型CT技术可视化了持爪的内部结构,并利用组织学技术识别矿化组织,并进行了与牙齿发生相关的基因表达分析。研究结果一致:持爪中存在牙板信号,但缺乏真皮齿状结构。此外,通过与嵌合体和其他软骨鱼类化石的比较,研究人员提供了一个进化框架,表明口外齿状结构可能比之前认为的更为常见。
与此同时,这种牙齿鱼被插入到一个具有特殊生殖特征的谱系中。嵌合体(或鼠鱼)保留了原始特征,同时表现出独特的适应性。这种对比使我们能够探索最初局限于口腔的牙齿发育程序,是如何在特定的局部和激素信号作用下在头部区域被激活的。
进化意义
本例中,牙齿、齿状小骨和其他矿化结构之间的同源性图谱变得更加复杂。如果牙板口腔外被激活齿头鱼重新引发了关于牙源组织可塑性、发育领域的胚胎学极限以及有利于牙齿程序在其他位置保留的条件等问题。
作者提出了三条研究方向。首先,追踪胚胎时期牙板在头部区域发育的确切时间,以便将其与口腔牙列的发育时间进行比较。其次,评估是否存在与其他生殖器官共享的诱导信号,以及激活是否依赖于激素阈值。第三,将样本范围扩大到近缘物种和两性,因为雌性和幼体虽然尚未在表面发育出该器官,但已显示出该结构的早期迹象。
功能、替代和生物成本
持钩兼具机械抓握和展示功能。真齿的存在提高了对雌性胸鳍的牵引力,且不会造成深度割伤,这与小而多且可更换的牙齿特性相一致。定期更换牙齿会带来适度的代谢成本,但生殖效益可以抵消。在东北太平洋的浅水区(该物种的观察地),配偶竞争和确保交配的需要可能有利于这种形态功能解决方案的建立。
下一步
下一步是将对口外牙齿结构的探索扩展到其他软骨鱼类和硬骨鱼类。如果检测到牙板特征,这将进一步证明牙列边界比之前认为的更具渗透性。同样,实验模型可以操纵经典的牙齿发生信号通路(例如 Wnt、Shh、BMP),以验证异位激活是否能重现持爪模式。
简而言之,齿鱼提供了一个可验证的口外牙列案例,其具有生殖功能、组织学支持以及与口腔牙齿一致的遗传基础。这一结果需要完善定义,并重新审视牙板在特定生物环境下保持伸出口腔的能力的进化情景。