Una nuova ricerca sui fossili dimostra che i denti si sono evoluti originariamente come tessuto sensoriale incorporato nell’esoscheletro corazzato dei pesci antichi. Chiunque abbia mai provato il fastidio di una pulizia dentale sa bene quanto possano essere sensibili i denti. Questa sensibilità fornisce importanti informazioni sulla temperatura, la pressione e il dolore quando mordiamo e mastichiamo. Tuttavia, i tessuti sensibili all’interno dello smalto duro si sono evoluti originariamente per uno scopo molto diverso. Una nuova ricerca dell’Università di Chicago dimostra che la dentina, lo strato interno dei denti che trasmette le informazioni sensoriali ai nervi della polpa, si è evoluta inizialmente come tessuto sensoriale nell’esoscheletro corazzato dei pesci antichi. I paleontologi hanno a lungo creduto che i denti si fossero evoluti dalle strutture irregolari presenti su questa corazza, ma lo scopo di tali strutture rimaneva poco chiaro. Un nuovo studio, pubblicato su Nature, conferma che queste caratteristiche presenti in un pesce vertebrato primitivo del periodo Ordoviciano, circa 465 milioni di anni fa, contenevano dentina e probabilmente aiutavano l’animale a rilevare le condizioni dell’acqua circostante. La ricerca ha anche rivelato che le strutture precedentemente identificate come denti nei fossili del periodo Cambriano (da 485 a 540 milioni di anni fa) erano molto simili alle caratteristiche presenti nell’armatura di invertebrati fossili, nonché agli organi sensoriali presenti nei gusci degli artropodi moderni come granchi e gamberetti. Queste somiglianze suggeriscono che gli organi sensoriali presenti nell’armatura sia dei vertebrati che degli invertebrati si siano evoluti indipendentemente per aiutare gli animali a percepire l’ambiente circostante. “Se pensiamo a un animale primitivo come questo, che nuota con un’armatura addosso, capiamo che ha bisogno di percepire il mondo che lo circonda. Si trattava di un ambiente predatorio piuttosto ostile e la capacità di percepire le proprietà dell’acqua che lo circondava doveva essere molto importante”, ha affermato Neil Shubin, PhD, Robert R. Bensley Distinguished Service Professor di Biologia e Anatomia degli Organismi presso l’Università di Chicago e autore senior del nuovo studio. “Quindi, vediamo che anche gli invertebrati con un’armatura come i granchi a ferro di cavallo hanno bisogno di percepire il mondo, e casualmente hanno trovato la stessa soluzione”.
Notte all’acceleratore di particelle
Yara Haridy, PhD, ricercatrice post-dottorato nel laboratorio di Shubin che ha condotto lo studio, non aveva intenzione di indagare sulle origini dei denti. Era invece concentrata sulla risposta a un’altra domanda di lunga data della paleontologia: qual è il primo vertebrato presente nei reperti fossili?
Per approfondire la questione, Haridy ha contattato musei di tutto il paese, richiedendo esemplari fossili del periodo Cambriano (485-540 milioni di anni fa) per poterli sottoporre a TAC alla ricerca di segni che indicassero caratteristiche vertebrali.
Uno di questi segni, almeno nei pesci più recenti, è la presenza di dentina all’interno delle protuberanze dell’armatura esterna, chiamate odontodi. Haridy ha raccolto centinaia di esemplari, alcuni dei quali erano minuscoli frammenti che potevano stare sulla punta di uno stuzzicadenti.
Li ha poi portati all’Argonne National Laboratory per una sessione di scansione notturna utilizzando l’Advanced Photon Source, che ha catturato immagini TC ad altissima risoluzione dei fossili. “È stata una notte all’acceleratore di particelle, è stato divertente”, ha detto Haridy.
Quando hanno iniziato a vedere le immagini delle scansioni, uno dei campioni di un fossile cambriano chiamato Anatolepis sembrava mostrare i segni distintivi di un pesce vertebrato. Aveva una serie di tubuli, o pori, sotto gli odontodi, riempiti di materiale che presentava le caratteristiche chimiche della dentina. Se si trattava davvero di un vertebrato, questo esemplare avrebbe fatto risalire la documentazione fossile di decine di milioni di anni.
“Ci siamo dati il cinque, dicendo: ‘Oh mio Dio, ce l’abbiamo finalmente fatta’”, ha detto Haridy. “Sarebbe stata la prima struttura simile a un dente nei tessuti vertebrati del Cambriano. Quindi, eravamo piuttosto eccitati quando abbiamo visto i segni rivelatori di quella che sembrava dentina”.
Ovviamente dovevano confermarlo, quindi hanno iniziato ad analizzare le immagini degli altri esemplari scansionati da Haridy. Questa collezione di conchiglie e scheletri comprendeva di tutto, da altri fossili antichi a granchi, lumache, coleotteri, cirripedi, squali e razze moderni, oltre a pesci gatto succhiatori in miniatura che Haridy stessa aveva allevato in un acquario.
Una volta confrontato il possibile vertebrato Anatolepis con un fossile di artropode noto del Milwaukee Public Museum, si sono resi conto che quelli che sembravano tubuli rivestiti di dentina di un vertebrato erano più simili agli organi sensoriali presenti sui gusci dei granchi, chiamati sensilla.
Ciò significa che l’Anatolepis, che nel 1996 era stato dichiarato vertebrato sulle pagine di Nature, è invece un antico artropode invertebrato. I grandi tubuli di un altro vertebrato dell’Ordoviciano chiamato Eriptichio erano simili nella struttura a questi sensilli, ma contenevano dentina.
“Questo ci dimostra che i ‘denti’ possono anche essere sensoriali anche quando non si trovano nella bocca”, ha detto Haridy. “Quindi, questi pesci hanno un’armatura sensibile. Questi artropodi hanno un’armatura sensibile. Questo spiega la confusione con questi animali del Cambriano inferiore. Si pensava che si trattasse dei primi vertebrati, ma in realtà erano artropodi”.
Strutture simili a denti sparse nei reperti fossili
Anche gli squali, le razze e i pesci gatto hanno strutture simili a denti chiamate dentelli che rendono la loro pelle simile alla carta vetrata. Quando Haridy ha studiato i tessuti del suo pesce gatto, ha visto che i dentelli erano collegati ai nervi, proprio come i denti. Ha detto che le somiglianze con i denti, gli antichi odontodi dei pesci corazzati e le sensille degli artropodi erano sorprendenti.
“Pensiamo che i primi vertebrati, questi grandi pesci corazzati, avessero strutture molto simili, almeno dal punto di vista morfologico. Sono uguali negli artropodi antichi e moderni, perché tutti formano questo strato mineralizzato che ricopre i loro tessuti molli e li aiuta a percepire l’ambiente”, ha detto.
Ci sono due scuole di pensiero su come queste strutture siano poi diventate denti. Una, l’ipotesi “dall’interno verso l’esterno”, sostiene che i denti siano comparsi per primi e che in seguito si siano adattati agli esoscheletri. Questo articolo sosterrebbe la seconda ipotesi, “dall’esterno verso l’interno”, secondo la quale le strutture sensibili si sono sviluppate prima sugli esoscheletri e, a un certo punto, gli animali hanno utilizzato lo stesso kit genetico per produrre anche denti sensibili.
Sebbene non siano riusciti a identificare il primo pesce vertebrato, Shubin ha affermato che questa scoperta è valsa lo sforzo.
“Per alcuni di questi fossili che erano ritenuti primi vertebrati, abbiamo dimostrato che non lo sono. Ma è stato un piccolo errore”, ha detto Shubin. “Non abbiamo trovato il primo, ma in un certo senso abbiamo trovato qualcosa di molto più interessante”.
