研究發現青蛙的牙齒在進化過程脫落超20次

據外媒報道，科學家們早就知道，青蛙的牙齒非常奇怪。有些動物的上顎和上顎上長有細小的牙齒，有些則有尖牙狀的結構，有些則完全沒有牙齒。在7000多種蛙類中，只有一種青蛙在上下頜骨上都有真正的牙齒。

現在，首次對青蛙牙齒進化的全面研究使該群體的牙齒歷史成為焦點。佛羅里達自然歷史博物館的研究人員分析了幾乎所有現存兩棲類動物的CT掃描結果，結果發現青蛙在進化過程中牙齒脫落超過20次，這比其他任何脊椎動物都要多。一些蛙類甚至在幾百萬年前失去牙齒后重新進化了牙齒。

研究人員還發現，青蛙牙齒的缺失跟專門以螞蟻和白蟻等小昆蟲為食之間存在關聯。他們對青蛙的兩棲類近親–蠑螈和一種鮮為人知的蠕蟲狀動物–進行了分析，結果顯示，在整個進化歷史中，這些蛙類的上下頜骨上都保留着牙齒。

“通過這項研究，我們確實能夠證明脊椎動物的牙齒丟失在很大程度上是青蛙的故事，有超過20個獨立的牙齒丟失，”該研究的主要作者、佛羅里達大學生物系博士候選人Daniel Paluh說道，“只有其他八種脊椎動物–包括海馬、海龜、鳥類和一些哺乳動物也進化出了無牙現象。”

牙齒最早在4億年前進化，其迅速為擁有它們的動物賦予了競爭優勢，另外還引發了鯊魚、硬骨魚類的多樣化發展並最終帶來了最早出現在陸地上的脊椎動物。

縱觀漫長的歷史，牙齒一直是脊椎動物進化的重要組成部分，然而有些種群沒有牙齒也照樣活得很好。大約1億年前，隨着喙的出現，鳥類失去了牙齒，而已知最大的脊椎動物藍鯨和最小的新幾內亞青蛙也都完全沒有牙齒。

然很少有研究人員專註於研究青蛙的牙齒，原因很簡單，它們非常小。

“如果你打開一隻青蛙的嘴，即使它們有牙齒，你可能也看不到它們，因為它們通常不到一毫米長，”或比鉛筆尖還小，Paluh說道。

然而這並沒有阻止一些人嘗試。19世紀著名的古生物學家Edward Cope在研究蛙類物種之間的關係時將所有沒有牙齒的蛙類歸為一組，他將其稱之為蟾形目(Bufoniformia)。

研究人員利用現代基因技術發現，蟾形目中的物種實際上並不是近親，這表明在青蛙進化過程中，牙齒的脫落不止一次。但故事卻在那裡停滯了。

在過去，準確地確定哪些青蛙有牙齒需要艱苦的工作，並且由於青蛙是一個高度多樣化的群體，所以對它們的牙齒進行全面評估是一項艱巨的任務。

但Paluh和他的同事們有一個主要的優勢：佛羅里達博物館領導着一項大規模的多機構合作，即對2萬個脊椎動物標本進行CT掃描，這使得研究人員能夠以以前不可能的方式研究動物。

這項名為oVert的項目允許任何人通過互聯網訪問從掃描中得到的3D模型，這些模型描繪了生物體的不同特徵–包括骨骼、脈管系統、內部器官、肌肉組織和牙齒。對Paluh來說，這意味着他實際上可以看到一隻青蛙的裂口。

Paluh和博物館Blackburn實驗室的其他成員在COVID-19封鎖期間遠程工作，他們使用oVert掃描進行了這項研究。為了更清楚地了解牙齒隨時間的變化，研究人員研究了所有兩棲動物的代表。他們利用之前發表的一份基於遺傳數據的兩棲動物進化關係地圖分析了牙齒隨時間流失的模式。

佛羅里達博物館爬蟲學館長、Paluh的顧問、該研究的論文資深作者David Blackburn表示，這項研究提供了一個強有力的例子，這表明可以用開放獲取的數據完成這項研究

Blackburn說道：“我們有效地將整個實驗室的數據收集工作進行了眾包，包括當時不在美國的人員。”

Paluh指出，他們的研究結果顯示，青蛙在進化過程中並不會失去牙齒，而是經歷了“猖獗的牙齒脫落”，它們就像蟾蜍和毒箭蛙一樣成群地脫落牙齒。

研究小組還指出，青蛙牙齒的存在或缺失跟它們的飲食習慣密切相關。雖然很多種類的青蛙的飲食信息都很匱乏，但研究人員發現了以小昆蟲為食和牙齒缺乏之間的聯繫。

Paluh表示：“下頜有這些牙齒來捕捉和抓住獵物變得不那麼重要了，因為它們吃的是非常小的無脊椎動物，它們可以用高度改良的舌頭把它們叼進嘴裡。這似乎可以放鬆維持牙齒的選擇壓力。”

比如一些沒有牙齒的箭毒蛙已經進化成主要以產生有毒化合物的螞蟻和蟎蟲為食，用它們黏糊糊的投射性舌頭抓住獵物然後整個吞下去。青蛙能夠儲存來自食物來源的毒素並將它們用於自己的用途，它們會通過皮膚分泌這種化合物來抵禦捕食者。而澳大利亞的一種無牙穴居動物–龜蛙則在白蟻巢內迷宮般的地下通道中穿梭，以獵食建造巢穴的昆蟲為生。