Våra tänders historia börjar med de bepansrade fiskarna

Vi, och alla de andra sextiotusen arterna av nulevande käkförsedda ryggradsdjur, härstammar ytterst från dessa fiskar. För att kunna undersöka de svårstuderade fossilen, har forskarna använt sig av en avancerad typ av skiktröntgen.

Tänder består av dentin (tandben) och hos människan finns det här materialet bara i tänderna. Hos hajar däremot är hela kroppen täckt med tandliknande fjäll av samma material (hudtänder eller plakoidfjäll). Fossil visar att urtida käklösa fiskar hade liknande plakoidfjäll på kroppen långt innan käkar och tänder utvecklats.

Stor variation tänder

Tänderna hos nu levande käkförsedda ryggradsdjur uppvisar stor variation men det finns mönster som går igen: till exempel utvecklas nya tänder innanför de gamla för att sedan flytta utåt för att ersätta de äldre. (Hos människan har denna process modifierats och vi utvecklar nya tänder under de gamla).

Hajar skiljer sig dock en hel del från benfiskar och landlevande djur eftersom de inte har några ben i kroppen, bara brosk. Tänderna sitter inte fast i något käkben utan bara käkens skinn och när de ömsas lossnar de bara från skinnet. När vi tappar våra egna mjölktänder löses tandens rötter upp och därefter lossnar tanden.

De här olikheterna väcker många frågor hos forskare som studerar evolution.

Hur hänger hudtänder utanpå kroppen ihop med tänderna i munnen? Hur såg de tidigaste tänderna ut? Satt de tidigaste tänderna fast vid käkbenet och ömsades de, i så fall hur?

I jakten på ett svar har forskare tidigare undersökt fossiler från arthrodirer (ledpansarhajar), en fiskgrupp som ansetts representera början för utvecklingen av moderna käkförsedda ryggradsdjurs tänder. Deras tänder bestod av dentin och satt fast i käken men ömsades aldrig. Nya tänder tillkom i stället längst ut i tandrader vilket hos en del arter kunde leda till att nya tänder växte till både utanför och innanför käkbenet. Forskare har haft svårt att få ihop exakt hur dessa, väldigt annorlunda, tänder kan ha utvecklats till tänderna vi nu ser hos moderna ryggradsdjur.

Forskarna bakom den nya studien som nu publiceras i Science beslutade sig för att undersöka om dessa fiskars tänder verkligen var föregångarna till våra, eller om de i stället representerar en specialiserad sidogren i evolutionsträdet.

Forskarna, som kommer från Sverige, Tjeckien, Frankrike och Storbritannien, valde att undersöka en annan väldigt tidig fiskgrupp, acanthothoraciderna. Den här gruppen är ännu mer primitiv än arthrodirerna och förefaller ligga nära de käkförsedda ryggradsdjurens ursprung.

Sällsynta och alltid ofullständiga fossil

Problemet är att fossilen efter acanthothoracider är sällsynta och alltid ofullständiga. De bäst bevarade kommer från Tjeckien men är svåra att studera eftersom de inte går att separera från stenmaterialet som de är inneslutna i. Därför har de inte tidigare undersökts i detalj.

Men ny teknik ger nya förutsättningar. Vid European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) i Frankrike kunde forskarna använda synkrotron-mikrotomografi som gav dem möjlighet att skapa bilder av hur fossilen ser ut inuti, utan att ha sönder materialet.

– Resultaten av undersökningarna av huvuden från acanthothoracider var verkligen anmärkningsvärda. Vi hittade välbevarade tanduppsättningar som ingen hade räknat med skulle finnas där, säger Valéria Vaškaninová, forskare vid institutionen för organismbiologi vid Uppsala universitet.

Perfekt bevarade cellhålor i tandbenet

Uppföljande undersökningar i högre upplösning gjorde det möjligt för forskarna att synliggöra tillväxtmönstret och till och med de perfekt bevarade cell-hålorna inuti tandbenet.

Forskarna kunde konstatera att precis som hos arthrodirer så hade acanthothoracider tänder som satt fast i käkbenet. Denna egenskap följde med i utvecklingen av benfiskar och landdjur medan hajar i stället specialiserade sig, med tänder som bara satt fast i skinnet. Också i likhet med arthrodirer så ömsade acanthothoracider inte tänder. Forskarna tolkar det som att de olika sätten att ömsa tänder på utvecklades självständigt hos hajar och benfiskar, från icke-ömsande förfäder.

Men forskarna hittade inte bara likheter mellan de två olika fiskgrupperna. Liksom hajar, benfiskar och landdjur utvecklade acanthothoracider bara tänder på insidan. I det hänseendet såg deras tanduppsättning väldigt modern ut. De tandbärande benen bär dessutom små hudtänder på utsidan, i likhet med primitiva nulevande benfiskar men i motsats mot arthrodirerna som alltid saknar sådana.

Gradvis övergång från hudtänder

Det här är en viktig skillnad eftersom det visar att acanthothoracidernas tandbärande ben låg precis i kanten av munnen, medan arthrodirernas låg längre in. En av acanthothoraciderna (Kosoraspis) uppvisar dessutom en gradvis övergång från hudtänder till tänder, medan en annan (Radotina) har tänder som är nästan identiska med hudtänderna till formen. Det kan tyda på att tänderna helt nyligen hade utvecklats från modifierade hudtänder.

– De här fynden ändrar hela vår uppfattning om tändernas utveckling. Trots att acanthothoraciderna tillhör de mest primitiva av alla käkförsedda ryggradsdjur så är deras tänder i vissa hänseenden mycket mer lika moderna tänder än vad arthrodirernas tanduppsättning var. Deras käkben liknade dem hos benfiskar och verkar vara en direkt föregångare till våra egna. När du ler mot badrumsspegeln på morgonen kan du spåra härkomsten till tänderna som ler tillbaka mot dig ända tillbaka till de första käkförsedda ryggradsdjuren, säger Per Ahlberg, professor vid institutionen för organismbiologi vid Uppsala universitet.

Vetenskaplig artikel:

Marginal dentition and multiple dermal jawbones as the ancestral condition of jawed vertebrates, Science , V. Vaškaninová et al (2020)

Kontakt:

Per Ahlberg, professor vid institutionen för organismbiologi, Uppsala universitet, per.ahlberg@ebc.uu.se