Dentes originais eram sensores, não mastigadores

Os cientistas descobriram que os dentes de vertebrados evoluíram originalmente como órgãos sensoriais, em vez de apenas ferramentas para comer, de acordo com uma nova pesquisa publicado na Nature Isso examinou fósseis que remontam a 470 milhões de anos.

O estudo utilizou a tecnologia de varredura de síncrotron de ponta para revelar que as primeiras estruturas de dentes em peixes antigas foram projetadas para detectar mudanças ambientais, assim como os modernos sensores de toque. Essa descoberta reverte uma controvérsia científica de longa knowledge e afasta a origem do verdadeiro tecido dental vertebrado em 40 milhões de anos no período ordoviciano médio.

A equipe de pesquisa da Universidade de Chicago, Universidade de Harvard e outras instituições fez sua descoberta enquanto investigava fósseis cambrianos controversos anteriormente que se pensava representar os primeiros dentes de vertebrados. Em vez disso, eles descobriram que essas estruturas antigas pertenciam a artrópodes – relacionamentos de caranguejos e insetos modernos.

Um caso de identidade equivocada

Durante décadas, os paleontologistas debateram fósseis chamados anatolepis heintzi, que alguns pesquisadores alegavam serem os primeiros vertebrados que permanecem contendo dentina – o tecido que forma a maior parte dos dentes modernos. Esses fragmentos de 500 milhões de anos pareciam ter as estruturas tubulares características encontradas no tecido dental dos vertebrados.

Usando a poderosa tomografia de raios X do Síncrotron no Laboratório Nacional de Argonne, a equipe de pesquisa descobriu que esses supostos tecidos dentários eram na verdade estruturas sensoriais de artrópodes antigos chamados aglaspidids. Os túbulos anteriormente identificados como dentina acabaram sendo órgãos sensoriais semelhantes aos encontrados em caranguejos modernos e outros artrópodes.

A identificação incorreta ocorreu porque os dentes vertebrados e os órgãos sensoriais do artrópode evoluíram estruturas internas notavelmente semelhantes. Ambos apresentam túbulos de ramificação que irradiam das cavidades centrais, criando o que os cientistas chamam de “evolução convergente” – quando organismos não relacionados desenvolvem recursos semelhantes para resolver problemas comparáveis.

Dentes de vertebrados reais finalmente encontrados

Com os candidatos cambrianos eliminados, os pesquisadores se voltaram para fósseis do Ordoviciano Médio de 470 milhões de anos atrás para encontrar tecido dental genuíno vertebrado. Eles examinaram estruturas semelhantes a dentes chamadas Odontodes de espécies de peixes antigas Eriptychius e Astraespis encontrados no arenito Harding de Wyoming.

Esses dentes de vertebrados iniciais mostraram sinais claros de função sensorial. O Eriptychius Odontodes não possuía o revestimento protetor de esmalte encontrado nos dentes posteriores, deixando os túbulos de dentina expostos ao meio ambiente – uma característica que causaria extrema sensibilidade nos animais modernos. As estruturas também mantiveram cavidades de celulose abertas conectadas ao sistema nervoso.

Evidências modernas apóiam a função antiga

Para testar se essa função sensorial persiste hoje, os pesquisadores examinaram escalas externas semelhantes a dentes em peixes modernos usando técnicas avançadas de imunofluorescência. Eles estudaram gatos juvenis, pequenos patins e peixe -gato de Bristlenose, encontrando extensas redes nervosas associadas a essas estruturas.

A análise revelou que os peixes modernos mantêm inervação significativa em seus odontodos externos – os antecessores evolutivos dos dentes. No peixe -gato, os nervos realmente penetram nas cavidades pulpar de escalas de barbatana, enquanto em tubarões, as redes nervosas envolvem a base das escalas do corpo.

Principais resultados da pesquisa

• Os fósseis cambrianos anteriormente considerados os primeiros dentes de vertebrados realmente pertenciam a artrópodes com órgãos sensoriais
• O verdadeiro tecido dental vertebrado apareceu pela primeira vez 40 milhões de anos depois do que se acreditava anteriormente
• Os primeiros dentes de vertebrados mostraram adaptações claras para a função sensorial, em vez de apenas alimentar
• Os peixes modernos mantêm a intenção extensa em escalas semelhantes a dentes, apoiando a teoria da evolução sensorial
• A evolução convergente produziu estruturas notavelmente semelhantes em vertebrados e artrópodes para detectar mudanças ambientais

Por que dentes sensoriais fazem sentido evolutivo

A origem sensorial dos dentes ajuda a explicar várias características intrigantes da biologia moderna dos vertebrados. Por que os dentes são tão requintadamente sensíveis à dor? Por que alguns animais como Narwhals têm dentes que funcionam principalmente como órgãos sensoriais? A resposta pode estar em sua história evolutiva como sensores ambientais.

Para os primeiros vertebrados envoltos em armadura óssea, a manutenção do contato sensorial com o meio ambiente seria essential para a sobrevivência. As estruturas semelhantes a dentes forneceram uma solução-elas poderiam oferecer proteção e, ao mesmo tempo, reunir informações sobre química da água, qualidade dos alimentos e ameaças em potencial.

Esse conceito de “armadura sensorial” se estende além dos vertebrados. Os artrópodes modernos usam estruturas semelhantes para a detecção ambiental, sugerindo que essa period uma solução evolutiva generalizada para o desafio de manter a conscientização enquanto permaneceu protegido.

O avanço tecnológico permite a descoberta

A pesquisa só foi possível devido aos avanços na tecnologia de raios X síncrotron que pode revelar estruturas internas sem destruir fósseis preciosos. A equipe examinou 35 espécies diferentes, extintas e vivas, para construir um banco de dados abrangente de tecidos esqueléticos.

As varreduras de alta resolução revelaram detalhes invisíveis para técnicas anteriores de microscopia, incluindo a estrutura distinta do “tubo em tubo” dos órgãos sensoriais do artrópode que difere da dentina vertebrada genuína. Esse nível de detalhe permitiu que os pesquisadores distinguissem definitivamente entre os dois tipos de tecido.

Implicações para entender a vida

Essa descoberta remodela nossa compreensão de como os sistemas sensoriais complexos evoluíram nos primeiros animais. Em vez de desenvolver estruturas de alimentação que, posteriormente, ganharam sensibilidade, os vertebrados parecem ter evoluído sistemas sensoriais que foram posteriormente adaptados para o processamento de alimentos.

A descoberta também destaca como a evolução convergente pode enganar até cientistas especialistas. Quando pressões ambientais semelhantes atuam em diferentes linhagens, as soluções resultantes podem ser praticamente indistinguíveis sem ferramentas sofisticadas de análise.

À medida que os pesquisadores continuam estudando o vasto arquivo da vida antiga preservada nos fósseis, esses avanços tecnológicos prometem revelar mais surpresas sobre como os sistemas biológicos fundamentais evoluíram. Que outras suposições sobre o início da vida podem derrubar as técnicas de imagem avançadas?

A pesquisa demonstra que mesmo nossas características mais básicas – como dentes – têm histórias evolutivas mais complexas e fascinantes do que se imaginava anteriormente.