과학자들은 물고기 머리에서 자라는 진짜 이빨을 발견했습니다.

연구진은 현대 성체 수컷 점박이 랫피쉬의 고대 친척인 테나쿨룸에서 이빨을 발견했습니다. 이 화석 기록은 지역 예술가 레이 트롤이 생생하게 묘사한 이 구조물의 역사적 중요성을 확립하는 데 도움이 되었습니다. 사진 제공: 레이 트롤

치아에 관해서라면, 대부분의 척추동물은 동일한 기본 설계도를 공유합니다. 크기, 모양, 날카로움에 관계없이 치아는 일반적으로 동일한 유전적 뿌리, 유사한 물리적 구성을 가지고 있으며, 거의 항상 턱에 위치합니다.

하지만 그 가정은 더 이상 유효하지 않을 수도 있습니다. 북동 태평양에서 발견되는 상어와 유사한 종인 점박이 랫피쉬를 연구하던 과학자들은 이 물고기의 머리 꼭대기에 이빨이 줄지어 자라는 것을 발견했습니다. 이 이빨들은 테나쿨룸(tenaculum)이라고 불리는 연골 기반 구조에 늘어서 있는데, 이 테나쿨룸은 징징이의 코와 비슷하게 생긴 이마 부속물입니다.

수년간 생물학자들은 치아의 기원에 대해 논쟁을 벌여 왔습니다. 이는 치아가 먹이 섭취와 생존에 얼마나 중요한지를 고려할 때 매우 중요한 질문입니다. 대부분의 논의는 구강 치아에만 집중되어 있으며, 치아가 신체의 다른 부위에서 진화했을 가능성에 대한 연구는 전무합니다. 테나쿨룸(tenaculum)에서 치아가 발견되면서 이러한 논쟁이 다시 불거졌고, 연구자들은 이러한 특징이 얼마나 널리 퍼져 있는지, 그리고 척추동물 치열의 역사에 대해 무엇을 보여주는지 의문을 제기하게 되었습니다.

워싱턴 대학교 프라이데이 하버 연구소의 UW 박사후 연구원인 칼리 코헨은 "이 놀랍고도 놀라운 특징은 치아가 순전히 구강 구조라는 진화 생물학의 오랜 가정을 뒤집습니다."라고 말했습니다. "테나쿨럼은 기괴한 일회성 구조물이 아니라 발생 과정의 유물이며, 턱뼈 바깥에 치아 구조가 있는 최초의 명확한 사례입니다."

해당 연구는 미국 국립과학원 회보 에 게재되었습니다.

점박이 랫피쉬는 퓨젯 사운드에서 가장 흔한 어류 중 하나입니다. 이 물고기는 수백만 년 전 상어에서 갈라져 나온 키메라(chimaera)라는 연골어류에 속합니다. 약 60cm까지 자라는 이 물고기는 몸길이의 약 절반을 차지하는 길고 가느다란 꼬리 때문에 키메라라는 이름을 얻었습니다. 성체 수컷만이 이마에 테나쿨럼(tenaculum)을 형성합니다. 쉴 때는 눈 사이에 작고 하얀 혹처럼 보이지만, 들어올리면 이빨로 덮인 갈고리 모양의 미늘 기관이 됩니다.

수컷은 테나쿨럼을 과시와 기능 모두에 사용합니다. 경쟁자를 물리치기 위해 테나쿨럼을 들어 올리고, 짝짓기 시에는 암컷의 가슴지느러미를 잡아 물속에서 한 쌍을 유지합니다.

"상어는 팔이 없지만, 물속에서 짝짓기를 해야 합니다."라고 코헨은 말했다. "그래서 많은 상어들이 번식 중에 짝에게 달라붙기 위해 붙잡는 구조를 발달시켰습니다."

얼룩무늬 쥐치도 다른 많은 연골어류와 마찬가지로 짝짓기를 위해 골반의 집게를 사용합니다.

대부분의 상어, 가오리, 홍어는 몸이 치아처럼 생긴 작은 비늘, 즉 덴티클(denticle)로 덮여 있습니다. 하지만 점박이 랫피쉬는 골반부 교각에 있는 치아를 제외하면 대부분 매끄러운 피부를 가지고 있습니다. 이처럼 치아가 없는 특이한 현상 때문에 과학자들은 이들의 진화적 흔적이 무엇인지, 그리고 테나쿨럼(tenaculum)에 있는 이빨이 이들의 진화적 흔적일 수 있는지 의문을 품게 되었습니다.

연구를 수행하기 전, 연구진은 두 가지 가능성을 염두에 두었습니다. 하나는 이 "치아"가 고대 조상의 잔재인 단순한 변형된 치아일 가능성이었습니다. 다른 하나는 입 안에서 발견되는 것과 유사한 진짜 치아일 가능성이었습니다.

"은상어는 얼굴이 정말 이상해요." 코헨이 말했다. "작을 때는 마치 코끼리가 작은 노른자주머니에 쑤셔넣어진 것처럼 보여요."

구강 부위를 형성하는 세포가 더 멀리 퍼져 있어서 어느 시점에서는 치아 형성 세포 덩어리가 머리로 이동하여 붙어 있었을 가능성이 있습니다.

이러한 이론을 검증하기 위해 연구진은 수백 마리의 물고기를 포획하여 분석하고, 미세 CT 스캔과 조직 샘플을 사용하여 테나쿨룸(tenaculum)의 발달 과정을 기록했습니다. 상어는 연구하기 꽤 어려울 수 있지만, 점박이 랫피쉬는 퓨젯 사운드에 풍부합니다. 이들은 샌후안 섬에 위치한 UW 연구 시설인 프라이데이 하버 랩스(Friday Harbor Labs) 주변의 얕은 곳에 자주 출몰합니다. 또한 연구진은 현생 랫피쉬를 조상 화석과 비교했습니다.

스캔 결과, 수컷과 암컷 모두 테나쿨룸(tenaculum)을 일찍부터 만들기 시작하는 것으로 나타났습니다. 수컷의 경우, 테나쿨룸은 작은 세포 덩어리에서 자라 눈 사이로 길게 뻗어 나오는 작은 흰색 뾰루지로 자랍니다. 턱을 조절하는 근육에 붙어 있다가 마침내 피부 표면을 뚫고 나와 이빨을 냅니다. 암컷의 경우, 테나쿨룸이 형성되거나 광물화되지는 않지만, 초기 구조의 흔적이 남아 있습니다.

새로운 치아는 턱뼈에 존재하지만 다른 곳에서는 보고된 적이 없는 치판(dental lamina)이라는 조직 띠에 뿌리를 두고 있습니다. 코헨은 "처음 치판을 봤을 때 눈이 번쩍 뜨였습니다."라고 말했습니다. "턱뼈 바깥에서 이 중요한 구조를 볼 수 있어서 정말 신났습니다."

인간의 경우, 치아판은 성인 치아가 자라면 분해되지만, 많은 척추동물은 치아를 대체할 수 있는 능력을 유지합니다. 예를 들어, 상어는 새로운 치아가 "끊임없이 생성되는 컨베이어 벨트"를 가지고 있다고 코헨은 말했습니다. 점박이 랫피쉬의 골반 교각에 있는 것을 포함한 진피 치아판에는 치아판이 없습니다. 이 구조를 확인한 것은 테나쿨럼에 있는 치아가 실제로 치아이며 남은 치아판이 아니라는 설득력 있는 증거였습니다. 유전적 증거 또한 이러한 결론을 뒷받침했습니다.

코헨은 "척추동물의 이빨은 유전적 도구 상자에 의해 매우 잘 결합되어 있다"고 말했습니다.

조직 샘플을 분석한 결과, 척추동물의 치아 관련 유전자는 치조골(tenaculum)에서 발현되었지만, 치조골에서는 발현되지 않았다는 사실이 밝혀졌습니다. 화석 기록에서도 관련 종의 치조골에서 치아의 흔적을 발견했습니다.

시카고 대학 생물생물학 및 해부학 교수이자 이 논문의 공동 저자인 마이클 코츠는 "실험 데이터와 고생물학적 증거를 결합하여 이 물고기들이 번식에 필수적인 새로운 장치를 만들기 위해 기존의 이빨 제조 프로그램을 어떻게 차용했는지 보여줍니다."라고 말했습니다.

현생 점박이 랫피쉬 수컷은 테나쿨럼에 일곱 줄 또는 여덟 줄의 갈고리 모양의 이빨을 기를 수 있습니다. 이 이빨들은 일반적인 개보다 더 많이 수축하고 구부러져, 헤엄치면서 짝을 잡을 수 있게 해줍니다. 테나쿨럼의 크기는 또한 랫피쉬의 길이와 관련이 없는 것으로 보입니다. 테나쿨럼의 발달은 골반 거수근과 일치하는데, 이는 이동 조직이 이제 다른 신경망에 의해 조절된다는 것을 시사합니다.

플로리다 대학 생물학과 교수이자 이 연구의 수석 저자인 가레스 프레이저는 "이 이상한 키메라들이 머리 앞쪽에 이빨을 꽂고 있다면, 치아 발달의 전반적인 역동성에 대해 생각하게 됩니다."라고 말했습니다.

상어는 수많은 구강 이빨을 가지고 있고 치아로 덮여 있기 때문에 치아와 발생을 연구하는 데 종종 모델이 됩니다. 하지만 코헨은 상어가 역사적으로 포착된 치아 다양성의 극히 일부만을 가지고 있다고 덧붙였습니다. "키메라는 과거를 엿볼 수 있는 드문 기회를 제공합니다."라고 그녀는 말했습니다. "척추동물의 뾰족한 구조를 더 많이 살펴볼수록 턱 바깥쪽에서 더 많은 이빨을 발견하게 될 거라고 생각합니다."

이 연구는 미국 국립과학재단, Save Our Seas Foundation, 그리고 혁신적인 초창기 연구를 지원하는 Friday Harbor Labs의 내부 기금의 지원으로 이루어졌습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/10/251015231009.htm