4.39亿年前的牙齿化石颠覆了人们长期以来对进化的看法

这些发现最近发表在《自然》上。

中国南部贵州省的一个偏远地区获得了宏伟的化石发现--包括被鉴定为属于古志留纪（约4.45亿至4.2亿年前）原始下颚脊椎动物的一个新物种（Qianodus duplicis）的单体牙齿。Qianodus以今天贵州的古称命名，拥有不寻常的螺旋状牙齿元件并携带几代牙齿从而在动物的整个生命过程中被插入。

在该地点发现的最稀有的化石之一最终是Qianodus的牙齿螺旋。由于它们的尺寸很小，很少超过2.5毫米，因此必须用可见光和X射线辐射在放大镜下研究它们。

这些螺旋的一个明显特征是，它们包含一对牙排，镶嵌在螺旋底部的一个凸起的中间区域。这些原生齿在接近内螺旋时表现出尺寸的逐渐增长。两排初级牙齿之间的明显偏移则是区别黔东南州跟其他脊椎动物的螺旋的原因。虽然以前没有在化石物种的牙齿螺旋中发现，但在一些现代鲨鱼的牙齿中也存在类似的附近齿列的排列。

这一发现表明，所谓的“鱼类时代"（4.2亿至4.6亿年前）”的有颌脊椎动物群在约2000万年前就已经建立了。

曲靖师范大学的Li Qiang说道：“Qianodus为我们提供了关于牙齿以及延伸到颚部的第一个有形证据，这些证据来自脊椎动物进化的这个关键的早期时期。”

跟现代鲨鱼不断脱落的牙齿不同的是，研究人员认为，Qianodus的齿轮被保存在口中并且还会随着动物的成长而增大。这种解释显示了替代牙齿的逐渐增大和齿轮基部的扩大以作为对发育过程中颌骨大小持续增加的反应。

对于研究人员来说，重建螺旋生长的关键是两个处于早期形成阶段的标本，通过它们明显较小的尺寸和较少的牙齿很容易识别。与数量更多的成熟轮齿进行比较，使古生物学家对早期脊椎动物牙齿的发育机制有了罕见的了解。这些观察结果表明，初级牙齿是最先形成的，而侧轮（附属）螺旋牙齿的增加则发生在发育的后期。

该研究的论文第一作者Plamen Andreev说道：“尽管有其特殊性，但事实上，在许多已灭绝的软骨鱼和骨鱼系中都有齿轮的报道。一些早期软骨鱼类甚至完全由间隔较近的轮状体构成它们的牙齿。”

研究人员称，这也是Qianodus所面临的情况。他们在用同步辐射检查了这个新物种的小（1-2毫米长）螺旋后得出了这个结论--同步辐射是一种使用粒子加速器的高能量X射线的CT扫描过程。

中国科学院古脊椎动物与古人类研究所的Zhu Min教授说道：“我们惊奇地发现，螺旋的齿列有明显的左右偏移，这表明在对立的颌骨上的位置。”

这些观察结果得到了系统发育树的支持，该系统发育树将Qianodus确定为跟具有螺旋牙齿的已灭绝软骨动物群的近亲。

Zhu教授表示：“我们修订的有颌脊椎动物主要类群的起源时间表跟它们最初的多样化发生在早志留纪的观点一致。”

Qianodus的发现为有齿脊椎动物和类似鲨鱼的牙齿模式的存在提供了切实的证据，这比以前认为的早了几千万年。研究中提出的系统发育分析将Qianodus确定为原始软骨鱼类，这意味着有颌鱼类在下志留纪已经相当多样化并且在无颌脊椎动物的祖系骨骼矿化进化后不久就出现了。

来自伯明翰大学的这项研究的论文共同作者Ivan Sansom说道：“这使得人们对目前脊椎动物关键创新的出现的进化模型产生了疑问，如牙齿、下颚和成对的附属物。”