Prähistorische Fischentdeckung schreibt die Geschichte der Zahnentwicklung um

Ihre Babyzähne zu verlieren ist eine seltsame Erfahrung.

Die Zähne lockern sich allmählich, bis sie durch dickere, langlebigere und dauerhafte ersetzt werden.

Aber Menschen sind nicht die einzigen Tiere, die Zähne vergießen können. Tatsächlich haben die meisten Säugetiere während ihres gesamten Lebens zwei Zähnesätze. Und Reptilien, Amphibien, Fische und Haie ersetzen ihre Zähne während ihres gesamten Lebens kontinuierlich.

Bevor ein Zahn ersetzt werden kann, muss er zunächst einem Prozess als „Resorption“ unterzogen werden. Dies beinhaltet spezialisierte Zellen, die als Osteoklasten bezeichnet werden, die den Knochen an der Zahnwurzel abbauen und es locker und ausfallen lassen.

Bisher war unklar, wann sich die Fähigkeit, den Knochen am Zähnewurzel zu resorieren, zuerst resorbieren.

Eine neue Entdeckung unseres Teams, veröffentlicht in der Schweizer Journal of PalaeontologyZeigt den Beginn dieses Prozesses auf mehr als 380 Millionen Jahre zurück.

Der erste Fisch, der Zähne hat

Der erste Beweis für Zähne in jedem Wirbeltier (hinterhergehörtes Tier) sind primitive gepanzerte Fische, die als Placoderms bezeichnet werden und in der silurischen und devonischen Perioden (438–359 Millionen Jahre) gedieh.

Placoderms hatten einen Kopf und einen Brustkorb, der mit knöchernen Platten bedeckt war, und obwohl viele Raubtiere waren, dachten Wissenschaftler lange, dass sie keine echten Zähne hatten – Zähne mit denselben Geweben und Wachstumsprozessen, die in anderen Wirbeltieren gefunden wurden.

Die meisten Placoderms hatten zwei Paar knöcherne obere Zahnplatten (als „Supragnathal“ bezeichnet) am Schädel und ein gepaartes unteres Kieferknochen (als „Infragnathal“ bezeichnet), von denen angenommen wurde, dass sie sich bis zu einer scharfen bisser Kante abnutzen. Das Aufkommen der Synchrotron-Bildgebung, eine leistungsstarke Röntgenaufnahme, die Details des Gewebes bei sehr hoher Auflösung anzeigen kann, bestätigte das Vorhandensein von Zähnen mit einer knöchernen Basis und einer Fruchthöhle, ohne dass eine äußere Schmelzschicht.

Wissenschaftler dachten jedoch immer noch, dass die Zähne mit dem Placoderm wuchsen, so dass die Kieferknochen vieler Placoderms für erwachsene Placoderms so aussahen, als hätten sie keine Zähne.

Ein altes tropisches Riff

Die Gogo -Formation in Westaustralien im Land aus Gooniyandi ist ein altes devonisches tropisches Riff mit einer reichen Vielfalt von Fischen, die von vielen Arten von Placoderms dominiert werden. Damit viele Arten das gleiche Gebiet auf einem Riff teilen und gedeihen können, müssen sie die verfügbaren Ressourcen irgendwie teilen. Placoderms taten dies, indem sie einfach unterschiedlich gefüttert wurden: Eine Art aß unterschiedliche Lebensmittel zu anderen oder an verschiedenen Orten oder zu verschiedenen Zeiten des Tages und der Nacht gefüttert.

Placoderms, die auf dem Riff lebten, zeigen eine große Vielfalt an Gebissenen – die Anordnungen und die Form der Zähne im Mund.

Eastmanosteus war der größte Placoderm auf dem Riff und erreichte bis zu zwei Meter lang. Als oberes Raubtier trug es scharfe Schneidklingen mit zwei unterschiedlichen „Zäfern“. Compagopiscis, weniger als die Hälfte der Größe von Eastmanosteus, hatten kleine, spitze Zähne, die zum Füttern von arthropoden als arthropoden namens praxusartige Wirbellose verwendet wurden.

Der Fisch, den wir für unsere neue Studie studierten, waren Bullerichthys. Es hatte niedrige flache Zähne, um hart schalte Beute zu zerquetschen. Diese Zähne zeigten eine sehr ungewöhnliche Anordnung: Sie wickelten sich um eine knöcherne Platte. Außerdem hatten die Zähne von Bullerichthys eine glänzende Oberfläche, die wie Emaille ähnlich aussah.

Wie unser Placoderm seine Zähne resorte

In den frühen 2000er Jahren fanden wir zwei zusätzliche Exemplare, hatten jedoch unterschiedliche Größen zum Original, und ihre Zahnplatten hatten eine unterschiedliche Anzahl von Zahnreihen. Diese neuen Exemplare bedeuteten, dass wir eine Wachstumserie gefunden hatten und zeigten, wie sich die Zähne durch das Leben von Jugendlichen zu Erwachsenen veränderten.

Dies gab uns eine Ahnung, dass sich in der Art und Weise, wie sich diese Zähne bildeten, im Vergleich zu denen aller anderen Placoderms etwas anderes vor sich hatte. Anstelle der Zähne an den oberen Zahnplatten nahm die Anzahl der Zahnreihen und -zähne zu, als Bullerichthys wuchs.

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War dies ein frühes Beispiel für das, was als Zahnwirbel bekannt ist – eine Art von Zähnestücken – wie in Qianodus, einem frühen Hai, zu finden ist? Oder etwas ganz anderes?

Um zu untersuchen, haben wir die Zahnplatten in die australische Synchrotron-Ansto-Forschungsanlage in Melbourne gebracht, wo wir eine hochauflösende Bildgebung der Gewebe erhalten konnten, ohne die Fossilien zu beschädigen. Die Ergebnisse zeigten, dass jüngere Zähne wie in anderen Placoderms einen weit geöffneten Zellstoffhöhlen hatten, der mit knöchernem Gewebe, bekannt als Dentin, geflochten wurde.

Im Alter des Zahns hat es sich jedoch nicht abnutzt oder nicht herausgefallen und nicht ersetzt. Stattdessen wurde der Zahn von innen resorbiert: Wir beobachteten zahlreiche kleine Kanäle für Blutgefäße in den älteren Zähnen, wobei der Schwammknochen in die Basis des Zahns eindrang und schließlich den zentralen Dentin ersetzte.

Unter der Zahnplatte, die jeder der schrägen Zahnreihen entsprach, befand sich ein einzelner neu geformter Zahn in einer flachen Grube. Wir haben dies als Standort für das weiche zahnbildende Gewebe interpretiert, das als Zahnlamina bekannt ist, ähnlich wie bei knöchernen Fischen wie heute Trout.

Ein weiteres Stück des evolutionären Puzzles

Das ist jedoch nicht alles, was wir gefunden haben.

Viele der Zahnplatten von Bullerichthys zeigen Gruben mit charakteristischen, überbrochenen Kanten, was auf das Vorhandensein von Osteoklasten hinweist, die Zellen, die den Knochen abbauen.

Diese beschränken sich nicht auf einen einzigen Zahn wie in lebenden knöchernen, ray-feinnigen Fischen wie Forellen. Stattdessen sind sie über die Zahnplatte auf der Außenfläche weit verbreitet. Die Menge der vorhandenen Resorption unterschied sich zwischen Erwachsenen und Jugendlichen, wobei die Resorption bei älteren Personen dramatisch verringert wurde.

Placoderms, obwohl sie in der Gemeinde nicht weit verbreitet sind, regierten den Planeten mehr als 80 Millionen Jahre als die häufigsten und vielfältigsten Wirbeltiere auf der Erde. Unsere neue Studie zeigt, dass sie den lebenden knöchernen Fischen viel näher sind als wir dachten – und liefert ein weiteres Stück des evolutionären Rätsels über unsere tiefen Vorfahren.