作者：自然杂志的亚历山德拉·贝尔
一种已灭绝的原始海洋脊椎动物拥有已知最锋利的牙齿结构——尖端宽度仅为人类头发的二十分之一，但能够施加的压力可以轻松与人类的下颌相媲美。
这种极其锋利的牙齿属于牙形石，一种无颌脊椎动物，它们在大约 5 亿年前的前寒武纪时期进化而来，并在大约 2 亿年前的三叠纪时期灭绝。这些生物在地球上漫游的时间比迄今为止任何其他脊椎动物都长——尽管它们没有下颌，但它们是最先进化出牙齿的生物。
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为了了解这些原始牙齿可能如何发挥作用，研究人员使用 X 射线创建了八对牙形石物种 Wurmiella excavata 化石的食物处理结构的计算机模型。研究小组随后使用有限元分析——一种常用于模拟物理力对飞机影响的方法——将牙形石的牙齿与尺寸相似的蝙蝠臼齿进行了比较。研究结果今天发表在《英国皇家学会学报 B》上。
英国布里斯托大学的古生物学家、该论文的合著者菲利普·多诺霍说：“我们想弄清楚这些精致的牙齿是如何组合在一起的，以及它们如何发挥摄食功能。”
锋利且专业化
研究小组发现，牙形石不像哺乳动物那样使用基于肌肉力量的机制来处理食物。相反，它们依赖于微小的力，这些力由于牙齿极其锋利以及它们特殊的咀嚼方式而变得非常集中。
与哺乳动物垂直闭合（上下）的牙齿不同，牙形石的牙齿将这一动作旋转了 90 度，从左向右切割食物。多诺霍解释说：“刀片状牙齿的内角会首先被困在后方，向前摇动，然后再次分开。”
但是，超级锋利的牙齿可能会引起问题。“如果你有锋利的牙齿，它们更容易断裂，”多诺霍说。为了克服这个问题，这些动物似乎能够在它们的一生中重新磨尖和修复磨损的牙齿——这是其他脊椎动物未能进化出的一种能力。
英国莱斯特大学的古生物学家马克·珀内尔说：“牙形石是第一批‘实验’复杂食物处理牙齿进化的脊椎动物。”他补充说，最新的研究成果“揭示了牙形石的独立谱系。它们进化出了包括切割和连锁碾磨牙齿在内的齿系，这比哺乳动物或其他有颌脊椎动物早数百万年。”
这一发现揭示了脊椎动物牙齿的进化。化石化的牙形石牙齿在海洋沉积岩中非常丰富——因此，这种早已灭绝的动物可以为测试不同脊椎动物群体是否独立地趋同于解决分解食物的相同方案提供许多机会，珀内尔说。
珀内尔说，牙形石证明了自然选择的力量。面对摄食问题，这些小动物使用与有颌脊椎动物相似的材料和机制探索食物处理，尽管它们在生理上存在差异。“在某些情况下，牙形石的牙齿与其他脊椎动物的牙齿非常相似，但它们也产生了一些优雅而新颖的解决方案，这些解决方案是为其自身需求量身定制的，”珀内尔说。