Avanceret teknologi kaster nyt lys over udviklingen af ​​tænder

Udviklingen af ​​menneskelige tænder begyndte blandt antikke pansrede fisk for mere end 400 millioner år siden. I det videnskabelige tidsskrift Videnskab , et internationalt hold ledet af forskere fra Uppsala Universitet præsenterer banebrydende resultater om disse tidligste kæbede hvirveldyr. Ved hjælp af kraftfuld røntgenbilleddannelse, de viser, at unikke fossiler fundet nær Prag indeholder overraskende moderne udseende tænder.

Tænderne er lavet af dentin, et væv som hos mennesker kun findes i tænder. Imidlertid, hos hajer, hele kropsoverfladen er dækket af tandlignende skæl lavet af dentin. Fossiler viser, at lignende dentinstrukturer var til stede på kropsoverfladen, før kæberne overhovedet udviklede sig.

Tænderne på alle levende hvirveldyr med kæbe viser nogle konsistente mønstre:f.eks. nye tænder udvikles normalt på indersiden af ​​de gamle og bevæger sig derefter udad for at erstatte dem. (Hos mennesker er dette mønster blevet ændret, så nye tænder udvikler sig under de gamle, inde i kæbeknoglen.) I øvrigt imidlertid, benfisk og landdyr adskiller sig fra hajer. Hajer har ingen knogler, kun brusk, og både dentinskæl og de ægte tænder i munden er fastgjort til huden. Hos benfisk og landdyr, tænderne er altid fastgjort til kæbeknogler, og hvis dentinstrukturer er til stede på den ydre overflade af kroppen, er de fastgjort til kraniets knogler og skæl. Desuden, hvorimod hajtænder fældes ved at løsne sig fra huden, benfisk og landdyr fælder deres ved at opløse tandbaserne væk. Denne mangfoldighed rejser mange spørgsmål. Er hudens dentinstrukturer og mundens sande tænder relateret? Hvordan så de tidligste tænder ud? Var de fastgjort til kæbeknogler? Blev de fældet, og i så fald hvordan? Og hvor blev der tilføjet nye tænder?

For at besvare disse spørgsmål, holdet af forskere fra Sverige, Tjekkiet, Frankrig og Det Forenede Kongerige vendte sig til akantothoraciderne, en tidlig fiskegruppe nært beslægtet med de allerførste kæbede hvirveldyr. Problemet med akantothoracider er, at deres fossiler er sjældne og altid ufuldstændige. De allerbedste af dem kommer fra Prag-bassinet i Tjekkiet, fra sten, der er lidt over 400 millioner år gamle, og blev samlet ved forrige århundredeskifte. De har vist sig vanskelige at studere med konventionelle teknikker, fordi knoglerne ikke kan befris fra den omsluttende sten, og de er derfor aldrig blevet undersøgt i detaljer.

En ny billedbehandlingsteknik, synkrotron mikrotomografi, revolutionerer nu studiet af sådanne dyrebare og vanskelige fossiler. Ved at bruge de intenst lyse og laserlignende røntgenstråler afgivet af elektroner, der accelereres til nær lysets hastighed, denne teknik gør det muligt for forskere at visualisere fossilernes indre struktur i tre dimensioner uden at skade dem. Den førende facilitet i verden til sådan billeddannelse er European Synchrotron Radiation Facility, (ESRF), i Grenoble, Frankrig.

"Vores team besluttede at arbejde med ESRF for at anvende denne teknik på akantothoracid-hovederne fra Prag-bassinet, vel vidende at det var den eneste måde at afsløre deres komplekse anatomi, " siger Valéria Vaškaninová, hovedforfatter af undersøgelsen. "Resultaterne var virkelig bemærkelsesværdige, inklusive velbevarede tandsæt, som ingen forventede at være der."

Opfølgningsscanninger med højere opløsning gjorde det muligt for forskerne at visualisere vækstmønsteret og endda de perfekt bevarede cellepladser inde i dentinet i disse gamle tænder.

Acantothoracid-tænder er knyttet til kæbeknogler, hvilket indikerer, at benfisk og landdyr bevarer deres forfædres tilstand i denne henseende, hvorimod hajer er specialiserede i at have tænder, der kun er fastgjort til huden - i modsætning til den gængse opfattelse af, at hajer er primitive levende hvirveldyr. Imidlertid, akantothoracider fældede ikke tænder. Dette tyder på, at de forskellige stilarter af tandfældning udviklede sig uafhængigt af en ikke-faldende forfader.

Som hajer, benfisk og landdyr, akantothoracider tilføjede kun nye tænder på indersiden; de ældste tænder var placeret lige ved kæbekanten inde i læberne. Dette står i kontrast til en anden tidlig fiskegruppe, arthrodires, hvor der også kunne tilføjes nye tænder udvendigt. De tandbærende knogler af akantothoracider bærer også små dentinelementer af huden på deres ydre overflader, en egenskab, der deles med primitiv benfisk, men ikke med arthrodires. Dette viser, at acantothoracid kæbeknogler var placeret lige ved kanten af ​​munden, som dem af benfisk, hvorimod arthrodire kæbeknogler lå længere inde. En acanthothoracid (Kosoraspis) viser en gradvis overgang fra disse dentinelementer til nabotænderne, mens en anden (Radotina) har tænder næsten identiske med hudens dentinelementer i form. Dette tyder på, at tænderne først for nylig havde udviklet sig fra dentinelementer på huden.

"Disse resultater ændrer hele vores forståelse af tændernes oprindelse, " siger medforfatter Per Ahlberg. "Selvom acanthoracider er blandt de mest primitive af alle kæbede hvirveldyr, deres tænder ligner på nogle måder langt mere moderne end arthrodire tandsæt. Deres kæbeknogler ligner dem hos benfisk og ser ud til at være direkte forfædre til vores egen. Når du griner mod badeværelsesspejlet om morgenen, tænderne, der griner tilbage til dig, kan spore deres oprindelse helt tilbage til de første kæbede hvirveldyr."