دندان‌دردِ خنجری: ریشه این حس ناخوشایند به هیولای زره‌پوش 500 میلیون ساله برمی‌گردد!

حساسیت دندان‌ها، همان تیر کشیدن‌های آزاردهنده هنگام نوشیدن یک لیوان آب سرد یا احساس درد ناگهانی، ممکن است ارتباطی با جویدن غذا نداشته باشد! یافته‌های جدید دانشمندان نشان می‌دهد که منشاء این ناراحتی دندانی در ساختارهایی نهفته است که بیش از 500 میلیون سال پیش، روی بدن زره‌پوش ماهی‌ها پدیدار شدند.

مطالعه‌ای که هفته گذشته در مجله‌ی معتبر Nature منتشر شد، یک نظریه قدیمی را زیر سوال برده است. این مطالعه نشان می‌دهد که اولین ساختارهای دندان‌مانند که با نام اُدنتودها odontodes شناخته می‌شوند، احتمالاً نه در داخل دهان، بلکه روی سطوح بیرونی بدن ماهی‌های باستانی تکامل یافته‌اند. محققان معتقدند که این ساختارها بیشتر به عنوان ابزارهای حسی مورد استفاده قرار می‌گرفتند تا برای خوردن غذا. این کشف، خط زمانی علمی را تغییر می‌دهد و فرضیات مربوط به مکان و دلیل تکامل دندان‌ها را دگرگون می‌کند.

فسیل‌ها، روایتگر تاریخ جدید

این پژوهش با یک بررسی به ظاهر ساده درباره‌ی قدیمی‌ترین فسیل شناخته شده از یک مهره‌دار آغاز شد. یارا هریدی Yara Haridy، پژوهشگر فوق دکترا در دانشگاه شیکاگو University of Chicago، مشغول بررسی قطعات ریز فسیلی به اندازه‌ی یک دانه‌ی برنج بود که از موزه‌های سراسر ایالات متحده برای او ارسال شده بودند. در میان این فسیل‌ها، فسیلی از دوره‌ی کامبرین به نام Anatolepis وجود داشت که مدت‌ها مورد بحث بود و پیش‌تر تصور می‌شد که نشان‌دهنده‌ی اولین ماهی شناخته شده است.

اسکن‌های اولیه از این فسیل، ظاهراً این طبقه‌بندی را تایید می‌کرد. سطح آن پوشیده از ساختارهای کوچکی بود که شبیه به odontodes بودند و تصور می‌شد حاوی عاج dentine هستند؛ همان بافت حساس به عصبی که هسته‌ی اصلی دندان‌های انسان مدرن را تشکیل می‌دهد. اما با بررسی دقیق‌تر یارا هریدی با استفاده از اسکن توموگرافی کامپیوتری با وضوح بالا (CT scanning)، تصویر پیچیده‌تری آشکار شد.

مقایسه با دیگر فسیل‌ها و نمونه‌های مدرن نشان داد که لوله‌های عاجی فرضی در Anatolepis شباهت بیشتری به اندام‌های حسی به نام حسگرها sensilla دارند که در بندپایانی مانند سخت‌پوستان و حشرات یافت می‌شوند. این ساختارها برای تشخیص دما، لرزش و حتی بو استفاده می‌شوند. این شباهت، محققان را مجبور کرد تا Anatolepis را نه به عنوان یک مهره‌دار، بلکه به عنوان یک بندپای بی‌مهره طبقه‌بندی کنند.

بازنشانی ساعت تکامل

این طبقه‌بندی مجدد، پیامدهای مهمی دارد. از آنجایی که Anatolepis تنها فسیل شناخته شده از دوره‌ی کامبرین بود که تصور می‌شد حاوی عاج مهره‌داران است، حذف آن از تبار مهره‌داران، ظهور قطعی بافت‌های سخت واقعی مهره‌داران را حدود 40 میلیون سال به جلو می‌برد و به دوره‌ی اردویسین میانه می‌رساند.

اکنون تمرکز جدید بر روی گونه‌های دیگر دوره‌ی اردویسین مانند Eriptychius معطوف شده است؛ یک مهره‌دار بدون آرواره با odontodesهای کشیده بر روی زره پوستی خود. این ساختارها حاوی لوله‌های عاجی با کالیبر بزرگ هستند که از یک حفره پالپ pulp cavity مرکزی منشعب می‌شوند؛ ویژگی‌هایی که مستقیماً در معرض محرک‌های سطحی قرار دارند. به گفته محققان، این شکل‌شناسی به شدت از یک عملکرد حسی پشتیبانی می‌کند.

هریدی به Agence France-Presse گفت: «اُدنتودها در خارج از دهان می‌توانند حساس باشند – و شاید اولین اُدنتودها نیز چنین بوده‌اند.» این نشان می‌دهد که مهره‌داران اولیه این ساختارهای بیرونی را نه برای خوردن، بلکه برای حس کردن محیط اطراف خود، به ویژه در محیطی که نویسنده‌ی ارشد، نیل شوبین Neil Shubin، آن را «محیط شکارچی بسیار شدید» توصیف کرد، توسعه دادند.

دندان‌ها، اما نه برای خوردن

برای بررسی بیشتر نقش حسی این ساختارها، تیم هریدی آزمایش‌هایی را روی گونه‌های مدرن از جمله گربه‌ماهی‌ها catfish، کوسه‌ها sharks و سفره‌ماهی‌ها skates انجام داد. با استفاده از روش‌های شفاف‌سازی بافت و ایمونوفلورسانس immunofluorescence، آن‌ها حضور اعصاب nerves را در پایه‌ی یا حتی داخل حفره‌های پالپ این اُدنتودهای خارجی تایید کردند.

در Ancistrus، نوعی گربه‌ماهی سبیلی (bristlenose catfish)، محققان اعصاب منشعبی را یافتند که به حفره پالپ اُدنتودهای باله‌ی سینه‌ای حمله می‌کردند. در Scyliorhinus retifer، گونه‌ای از کوسه‌سانان، اعصاب در اطراف اُدنتودهای پوستی در امتداد دم یافت شدند. این یافته‌ها از این فرضیه پشتیبانی می‌کنند که حساسیت عصبی مرتبط با ساختارهای دندانی، یک ویژگی مدرن نیست، بلکه یک ویژگی باستانی است که احتمالاً مدت‌ها قبل از توسعه‌ی آرواره‌ها jaws وجود داشته است.

این مطالعه همچنین تفاوت‌های موجود در پتانسیل حسی بین مهره‌داران دوره‌ی اردویسین را بررسی کرد. در حالی که Eriptychius به دلیل حفره پالپ باز و عدم وجود مینای محافظ (enameloid)، علائم حساسیت بالایی را نشان داد، یک گونه همزیست، Astraspis، لایه‌های ضخیمی از مینای دندان داشت که از رسیدن هرگونه محرک خارجی به عاج آن جلوگیری می‌کرد و نشان‌دهنده‌ی عملکرد حسی پایین‌تری بود.

میراث حسی مشترک

شباهت‌های تشریحی بین odontodes مهره‌داران اولیه و sensilla بندپایان، نشان‌دهنده‌ی یک مورد قابل توجه از تکامل همگرا convergent evolution است. هر دو گروه ساختارهای حسی خارجی را توسعه دادند – یکی از طریق عاج و دیگری از طریق اندام‌های جلدی (cuticular organs) – که به فشارهای اکولوژیکی مشابه پاسخ می‌دهند. به گفته‌ی تیم تحقیقاتی، این تاریخچه‌ی مشترک به نقش آگاهی محیطی environmental awareness در شکل‌دهی مسیرهای تکاملی اشاره دارد.

این مطالعه به این نتیجه می‌رسد که «دندان‌درد در واقع یک ویژگی حسی باستانی است» که از اجداد ماهی‌مانند به ارث رسیده است و بقای آن‌ها ممکن است به توانایی آن‌ها در احساس کردن وابسته بوده باشد. به گفته‌ی شوبین: «توانایی حس کردن خواص آب اطراف برای آن‌ها بسیار مهم بوده است.»

منبع