척추동물 이빨의 기원을 찾다.

 (CT scan of the tooth-like-odontode structure from Astrapsis, an ancient jawless vertebrate fish. The tubules (shown in green) are filled with dentin, the same material that makes up the sensitive inner layer of modern teeth. In red is the vascular system which would have housed the nerves in life allowing for sensation to be transmitted. Credit: Yara Haridy)

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(Segmented confocal scan of the tooth-like-odontode structure from suckermouth catfish fish, showing nerves (in green) that allow transmission of sensory information from the tooth like odontode to the nervous system. Credit: Yara Haridy)

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과학자들은 수많은 자연의 비밀을 밝혀냈지만, 의외로 간단한 질문에 대한 답을 아직도 찾지 못한 경우가 많습니다. 이빨이 최초로 어떻게 생겨났는지 역시 그중 하나입니다. 언뜻 생각하기에는 뼈에서 생겨 났을 것 같지만, 의외로 이 질문에 대한 답은 복잡합니다.

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시카고 대학의 닐 수빈 (Neil Shubin) 교수와 그의 연구실에서 함께 연구한 박사 후 연구자인 야라 하리디 (Yara Haridy)는 척추 동물 이빨 진화의 초기 단계에 대한 단서를 찾아냈습니다.

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연구팀은 초기 척추동물의 진화를 연구하기 위해 여러 개의 캄브리아기, 오르도비스기 화석들을 모아 미세 구조를 조사했습니다. 연구팀은 이를 위해 아르곤 국립 연구소 (Argonne National Laboratory)의 Advanced Photon Source를 이용한 강력한 마이크로 CT 스캔을 시행했습니다.

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그 결과 화석 표면에 있는 미세 구조가 드러났는데, 여기서 예상치 않게 이빨과 유사한 진피 치아 (tooth-like-odontode)가 확인된 것입니다. 상어의 피부에서 볼 수 있는 진피 치아는 단단한 구조물로 이빨처럼 단단한 상아질 (dentin)과 법랑질 (enamel)로 둘러싸여 있습니다. 따라서 과학자들은 이것이 이빨의 기원과 연관이 있을 것으로 보고 있습니다.

연구팀이 진피 치아를 발견한 화석은 원시적인 턱이 없는 물고기인 무악류에 속하는 아스트라프시스 (Astrapsis)입니다. 아스트라프시스는 오르도비스기인 4억 6500만년에 살았던 원시 갑주어 중 하나로 머리를 포함한 단단한 갑옷을 입고 있었습니다. 그리고 이 단단한 진피 치아를 지니고 있었습니다. 아스트라프시스는 이번 연구로 진피 치아를 지닌 가장 오래된 척추동물이 됐습니다.

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진피 치아의 장점은 단단할 뿐 아니라 압력 같은 감각도 느낄 수 있다는 것입니다. 이것은 현재 우리의 치아도 마찬가지라서 단단한 법랑질 아래 있는 상아질이 이빨의 감각을 담당하고 있습니다. 이번 발견은 이빨의 진화 전에 감각 기관의 목적으로 이런 진피 치아가 발전했고 이것이 변형되어 치아로 진화했다는 것을 지지하는 결과로 보입니다.

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한 가지 더 흥미로운 일은 외골격을 지닌 절지동물의 조상 역시 비슷한 감각 기능을 지닌 상어질과 비슷한 외피를 만들었다는 것입니다. 이것이 이빨로 진화하지는 않았지만 단단하면서도 외부 환경을 감지할 수 있다는 점에서는 공통적인 부분으로 볼 수 있습니다.

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진피 치아는 이런 장점에도 불구하고 척추동물의 진화 과정에서 대부분 사라졌습니다. 결국은 골격을 석회화시켜 몸집을 키우고 튼튼한 다리로 육지로 진출하는 선택을 한 것입니다. 그럼에도 상어는 과거의 전통을 유지하는 이유가 궁금합니다.

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참고

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https://phys.org/news/2025-05-teeth-evolved-sensory-tissue-armored.html

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Yara Haridy, The origin of vertebrate teeth and evolution of sensory exoskeletons, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-08944-w. www.nature.com/articles/s41586-025-08944-w

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