과학자들이 물고기 머리에서 실제 이빨이 자라는 것을 발견했습니다.

그러나 그 가정은 더 이상 사실이 아닐 수도 있습니다. 북동 태평양에서 발견되는 상어와 비슷한 종인 점박이 쥐치를 연구하는 과학자들은 이 물고기의 머리 꼭대기에 일련의 이빨이 자라는 것을 발견했습니다. 이 치아는 징징기의 코와 대략적으로 유사한 이마 부속물인 테나큘럼(tenaculum)으로 알려진 연골 기반 구조를 이루고 있습니다.

수년 동안 생물학자들은 치아가 원래 어디서 왔는지에 대해 논쟁을 벌였습니다. 이는 치아가 먹이와 생존에 얼마나 중요한 역할을 하는지를 고려할 때 중요한 문제입니다. 대부분의 논의는 치아가 신체의 다른 곳에서 진화했는지 여부를 탐구하지 않고 구강 치아에만 초점을 맞췄습니다. 테나큘럼의 치아 발견은 논쟁을 다시 불러일으켰고, 연구자들은 그러한 특징이 얼마나 널리 퍼져 있는지, 그리고 이것이 척추동물 치열의 역사에 대해 무엇을 드러내는지 묻게 되었습니다.

워싱턴 대학 프라이데이 하버 연구소(University of Washington’s Friday Harbor Labs)의 UW 박사후 연구원인 칼리 코헨(Karly Cohen)은 “이 미친, 절대적으로 놀라운 특징은 치아가 엄밀히 말하면 구강 구조라는 진화 생물학의 오랜 가정을 뒤집는 것”이라고 말했습니다. “테나큘럼은 기이한 일회성이 아닌 발달 과정의 유물이며, 턱 외부의 톱니 구조를 보여주는 최초의 명확한 예입니다.”

이 연구는 국립과학원(National Academy of Sciences)의 간행물.

점박이쥐는 퓨젯사운드에서 가장 흔한 물고기 중 하나입니다. 그들은 수백만 년 전에 상어에서 갈라진 키메라(chimaeras)라고 알려진 연골 어류 그룹에 속합니다. 길이가 약 2피트까지 자라는 이 물고기는 몸 크기의 약 절반을 차지하는 길고 가느다란 꼬리 때문에 이름이 붙여졌습니다. 성인 남성만이 이마에 테나큘럼(tenaculum)이 생깁니다. 쉬고 있을 때는 눈 사이에 작은 흰색 덩어리처럼 보이지만, 들어올리면 이빨로 덮인 갈고리 모양의 가시 기관이 됩니다.

수컷은 전시와 기능 모두를 위해 테나큘럼을 사용합니다. 그들은 경쟁자를 막기 위해 그것을 키우고 짝짓기 중에 암컷의 가슴 지느러미를 붙잡아 쌍을 물 속에서 함께 유지하는 데 사용합니다.

코헨은 “상어는 팔이 없지만 물속에서 짝짓기를 해야 한다”고 말했다. “그래서 그들 중 다수는 번식 중에 짝과 연결하기 위해 잡는 구조를 개발했습니다.”

점박이은 또한 다른 많은 연골 어류와 마찬가지로 짝짓기를 위해 골반 걸쇠를 사용합니다.

대부분의 상어, 가오리, 홍어의 몸은 치아라고 불리는 작은 치아 모양의 비늘로 덮여 있습니다. 그러나 골반 걸쇠의 치아를 제외하면 점박이 은상어는 대체로 피부가 매끄러워집니다. 이 특이한 치아의 부족으로 인해 과학자들은 치아가 어떻게 되었는지, 그리고 치아의 치아가 진화의 잔재를 나타낼 수 있는지에 대해 의문을 갖게 되었습니다.

연구를 수행하기 전에 연구자들은 두 가지 가능성을 염두에 두었습니다. 하나는 “치아”가 고대 조상의 남은 특징인 단순히 변형된 치아였다는 것입니다. 다른 하나는 그것이 입 안에서 발견되는 것과 유사한 진짜 치아라고 제안했습니다.

코헨은 “쥐치는 정말 이상한 얼굴을 가지고 있다”고 말했다. “작을 때는 작은 노른자대에 갇힌 코끼리처럼 보입니다.”

구강 부위를 형성하는 세포는 더 멀리 퍼져 있기 때문에 어느 시점에서 치아를 형성하는 세포 덩어리가 머리로 이동하여 붙어 있을 가능성이 있습니다.

이러한 이론을 테스트하기 위해 연구자들은 테나큘럼 발달을 문서화하기 위해 마이크로 CT 스캔과 조직 샘플을 사용하여 수백 마리의 물고기를 잡아 분석했습니다. 상어는 연구하기 매우 어려울 수 있지만 퓨젯사운드에는 점박이 쥐가 많이 있습니다. 그들은 산후안 섬에 위치한 UW 연구 시설인 Friday Harbor Labs 주변의 얕은 곳을 자주 방문합니다. 그들은 또한 현대 은상어를 조상 화석과 비교했습니다.

스캔 결과 수컷과 암컷 쥐고기 모두 일찍부터 테나쿨룸을 만들기 시작하는 것으로 나타났습니다. 남성의 경우, 작은 세포 덩어리에서 눈 사이로 늘어나는 작은 흰색 여드름으로 성장합니다. 턱을 조절하는 근육에 부착되어 마침내 피부 표면을 통해 분출되어 치아가 돋아납니다. 암컷에서는 결코 물질화되거나 광물화되지 않지만 초기 구조의 증거는 남아 있습니다.

새로운 치아는 턱에 존재하지만 다른 곳에서는 기록된 적이 없는 치아판(dental lamina)이라는 조직 띠에 뿌리를 두고 있습니다. Cohen은 “처음으로 치아판을 봤을 때 눈이 번쩍 뜨였습니다.”라고 말했습니다. “턱 바깥의 중요한 구조를 보는 것은 매우 흥미로웠습니다.”

인간의 경우, 성인 치아가 자란 후 치아판이 붕괴되지만, 많은 척추동물은 치아를 대체할 수 있는 능력을 유지합니다. 예를 들어 상어는 새로운 이빨이 계속해서 나오는 컨베이어 벨트를 갖고 있다고 코헨은 말했습니다. 점박이 은상어의 골반 걸쇠에 있는 치아를 포함한 피부 치아에는 치아판이 없습니다. 이 구조를 확인하는 것은 테나큘럼의 치아가 실제로 치아이며 남은 치아가 아니라는 강력한 증거였습니다. 유전적 증거도 이러한 결론을 뒷받침했습니다.

“척추동물의 치아는 유전적 도구 상자에 의해 매우 잘 결합되어 있습니다”라고 Cohen은 말했습니다.

조직 샘플을 통해 척추동물의 치아와 관련된 유전자가 열상에서 발현되었지만 치아에서는 발현되지 않은 것으로 나타났습니다. 화석 기록에서 그들은 관련 종의 십이지장(tenaculum)에 이빨의 증거도 관찰했습니다.

이번 논문의 공동 저자이자 시카고 대학교 유기체 생물학 및 해부학 교수 겸 교수인 마이클 코츠(Michael Coates)는 “우리는 이 물고기들이 어떻게 생식에 필수적인 새로운 장치를 만들기 위해 치아 제조를 위한 기존 프로그램을 채택했는지 보여주기 위해 실험 데이터와 고생물학적 증거를 결합했습니다.”라고 말했습니다.

현생 수컷 점박이은상어는 십나쿨룸에 7~8줄의 갈고리 이빨이 자랄 수 있습니다. 이 이빨은 일반 송곳니보다 더 많이 수축되고 구부러져 물고기가 수영하는 동안 짝을 붙잡을 수 있습니다. 테나큘럼의 크기도 물고기의 길이와 관련이 없는 것으로 보입니다. 그 발달은 대신 골반 걸쇠와 일치하며, 이는 이주 조직이 이제 다른 네트워크에 의해 규제된다는 것을 암시합니다.

이번 연구의 수석 저자이자 플로리다 대학 생물학 교수인 가레스 프레이저(Gareth Fraser)는 “이 이상한 키메라가 머리 앞쪽에 이빨을 내밀고 있다면 치아 발달의 역동성에 대해 더 일반적으로 생각하게 된다”고 말했다.

상어는 구강 치아가 너무 많고 치아로 덮여 있기 때문에 치아와 발달을 연구하는 모델이 되는 경우가 많습니다. 그러나 코헨은 상어가 역사가 포착한 치아 다양성의 극히 일부만을 보유하고 있다고 덧붙였습니다. “키메라는 과거를 엿볼 수 있는 드문 기회를 제공합니다. 척추동물의 뾰족한 구조를 더 많이 볼수록 턱 밖에서 더 많은 치아를 찾을 수 있다고 생각합니다.”라고 그녀는 말했습니다.

이 연구는 National Science Foundation, Save Our Seas Foundation 및 혁신적인 초기 경력 연구를 지원하는 Friday Harbor Labs의 내부 기부금의 지원을 받았습니다.