古生物学家过去常常想知道，第一批牙齿是在史前生物的身体内部还是外部。鲨鱼身上覆盖着数千颗细小的齿状小鳞——牙本质和胶原蛋白组成的牙齿状小凸起，使鲨鱼皮摸起来粗糙。有人推测，如果一些非常早期的脊椎动物的齿状小鳞迁移到颌骨中，变得更大并获得了新的功能，它们就可能进化成现代的臼齿。但过去十年来的化石和基因证据证实，牙齿比古代鲨鱼谱系还要古老——事实上，比颌骨或齿状小鳞还要古老。它们起源于身体内部，但不是在嘴里。
第一批牙齿属于生活在约 5.25 亿年前的鳗鱼状游泳生物，体长从 4 厘米到 40 厘米不等。它们统称为牙形石，因其咽部有一圈长而圆锥形的牙齿而得名。一些鱼类仍然在喉咙里有一组退化的牙齿，但咽牙在很大程度上被认为已经向前迁移到嘴里，可能是在颌骨进化过程中。
支持这种观点的证据是，构建牙齿的程序化基因活动与构建颌骨的指令不同，即使两种类型的结构同步生长。然而，牙齿和颌骨的结合可能产生了特殊的牙齿形状。在人类胚胎发育的第 10 天，启动牙齿形成的分子信号发生在两个基本的胚胎组织层之间。与此同时，来自正在生长的颌骨的信号将形状印在原始牙齿上，这种形状是无法改变的。即使例如将未来臼齿的牙胚移植到颌骨的不同区域，最终的牙齿也将变成其原始位置注定要成为的样子。
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不幸的是，牙科研究人员发现很难在实验室中重现五亿年的进化历程。由于新兴的牙齿依赖于来自萌芽胚胎颌骨的信息，因此利用牙科干细胞生成替代牙齿的工作重点是在受体口腔中的所需位置生长它们——但科学家们尚不确定成年颌骨是否可以提供必要的信号来塑造定制牙齿。