作者：自然雜誌的亞歷山德拉·貝爾
一種已滅絕的原始海洋脊椎動物擁有已知最鋒利的牙齒結構——尖端寬度僅為人類頭髮的二十分之一，但能夠施加的壓力可以輕鬆與人類的下頜相媲美。
這種極其鋒利的牙齒屬於牙形石，一種無頜脊椎動物，它們在大約 5 億年前的前寒武紀時期進化而來，並在大約 2 億年前的三疊紀時期滅絕。這些生物在地球上漫遊的時間比迄今為止任何其他脊椎動物都長——儘管它們沒有下頜，但它們是最先進化出牙齒的生物。
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為了瞭解這些原始牙齒可能如何發揮作用，研究人員使用 X 射線建立了八對牙形石物種 Wurmiella excavata 化石的食物處理結構的計算機模型。研究小組隨後使用有限元分析——一種常用於模擬物理力對飛機影響的方法——將牙形石的牙齒與尺寸相似的蝙蝠臼齒進行了比較。研究結果今天發表在《英國皇家學會學報 B》上。
英國布里斯托大學的古生物學家、該論文的合著者菲利普·多諾霍說：“我們想弄清楚這些精緻的牙齒是如何組合在一起的，以及它們如何發揮攝食功能。”
鋒利且專業化
研究小組發現，牙形石不像哺乳動物那樣使用基於肌肉力量的機制來處理食物。相反，它們依賴於微小的力，這些力由於牙齒極其鋒利以及它們特殊的咀嚼方式而變得非常集中。
與哺乳動物垂直閉合（上下）的牙齒不同，牙形石的牙齒將這一動作旋轉了 90 度，從左向右切割食物。多諾霍解釋說：“刀片狀牙齒的內角會首先被困在後方，向前搖動，然後再次分開。”
但是，超級鋒利的牙齒可能會引起問題。“如果你有鋒利的牙齒，它們更容易斷裂，”多諾霍說。為了克服這個問題，這些動物似乎能夠在它們的一生中重新磨尖和修復磨損的牙齒——這是其他脊椎動物未能進化出的一種能力。
英國萊斯特大學的古生物學家馬克·珀內爾說：“牙形石是第一批‘實驗’複雜食物處理牙齒進化的脊椎動物。”他補充說，最新的研究成果“揭示了牙形石的獨立譜系。它們進化出了包括切割和連鎖碾磨牙齒在內的齒系，這比哺乳動物或其他有頜脊椎動物早數百萬年。”
這一發現揭示了脊椎動物牙齒的進化。化石化的牙形石牙齒在海洋沉積岩中非常豐富——因此，這種早已滅絕的動物可以為測試不同脊椎動物群體是否獨立地趨同於解決分解食物的相同方案提供許多機會，珀內爾說。
珀內爾說，牙形石證明了自然選擇的力量。面對攝食問題，這些小動物使用與有頜脊椎動物相似的材料和機制探索食物處理，儘管它們在生理上存在差異。“在某些情況下，牙形石的牙齒與其他脊椎動物的牙齒非常相似，但它們也產生了一些優雅而新穎的解決方案，這些解決方案是為其自身需求量身定製的，”珀內爾說。