Menschliche Zähne haben sich vor 400 Millionen Jahren zu einem “seltsamen gepanzerten Fisch” entwickelt.

Laut einer neuen Röntgenanalyse eines Fossils haben sich menschliche Zähne bei einem bizarren Panzerfisch “vor 400 Millionen Jahren entwickelt”.

Paläontologen haben die European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), die stärkste Röntgenquelle der Welt, verwendet, um den primitiven Kieferfisch „digital zu sezieren“.

Die Zähne des ausgestorbenen Akanthothoracid-Fisches wurden vor fast 100 Jahren in der Nähe von Prag in der Tschechischen Republik entdeckt.

Sie sind jedoch in der Umhüllung von Gestein gefangen, und Wissenschaftler konnten sie noch nie zuvor untersuchen.

Die zerstörungsfreien Röntgenaufnahmen enthüllten jedoch verborgene Details ihrer Größe und Struktur und zeigten eine bemerkenswerte Ähnlichkeit mit menschlichen Zähnen.

Menschen und alle 60.000 lebenden Arten von Kieferwirbeltieren – Haie, Knochenfische, Amphibien, Reptilien, Vögel und Säugetiere – sind Nachkommen dieser Fische, sagen Forscher.

Künstlerische Darstellung eines tropischen Riffs in der Tschechischen Republik vor 409 Millionen Jahren mit einer Akanthothorsäure, einem der primitivsten Kieferwirbeltiere mit Zähnen. Es ist dargestellt, wie es aus seinem Versteck in der leeren Hülle einer riesigen Weichtier auftaucht, um nach Nahrung zu suchen

“Diese Ergebnisse verändern unser gesamtes Verständnis der Herkunft von Zähnen”, sagte der Co-Autor der Studie, Professor Per Ahlberg, ein Paläontologe an der Universität Uppsala in Schweden, der die Forschung leitete.

„Ihre Kieferknochen ähneln denen von Knochenfischen und scheinen direkt von unseren Vorfahren abstammen zu können.

“Wenn Sie morgens im Badezimmerspiegel grinsen, können die Zähne, die Sie angrinsen, ihren Ursprung bis zu den ersten Wirbeltieren mit Kiefer zurückverfolgen.”

Die Zähne aktueller Wirbeltiere mit Kiefer, einschließlich Menschen und Haie, weisen einige konsistente Muster auf.

Beispielsweise entwickeln sich normalerweise neue Zähne auf der Innenseite der alten und bewegen sich dann nach außen, um sie zu ersetzen.

Beim Menschen wurde dieses Muster so modifiziert, dass sich tief im Kieferknochen neue Zähne unter den alten entwickeln.

Während der Experimente am ESRF montierte das Europäische Synchrotron: Mitglieder des Forschungsteams eine Probe im Versuchsstall der ESRF ID19-Strahllinie

Während der Experimente am ESRF montierte das Europäische Synchrotron: Mitglieder des Forschungsteams eine Probe im Versuchsstall der ESRF ID19-Strahllinie

Es gibt jedoch verschiedene Unterschiede zwischen knöchernen Fischen – und ihren Nachkommen, einschließlich Menschen und anderen Landtieren – und Haien.

Zum Beispiel haben Haie überhaupt keine Knochen und ein Skelett aus Knorpel, und ihre Zähne sitzen einfach in der Haut.

Bei knöchernen Fischen und Landtieren sind die Zähne immer an Kieferknochen befestigt.

Der Versuch zu verstehen, wie all diese verschiedenen Arten ähnliche Zähne haben, war lange ein Rätsel, und die Forscher hatten sich auf Fossilien einer Gruppe alter Fische konzentriert, die vor etwa 430 bis 360 Millionen Jahren lebten und als Arthrodire bezeichnet wurden.

Diese ausgestorbene Ordnung der Fische wird Stammart genannt, ein gemeinsamer Vorfahr vieler verschiedener Nachkommen. Es wurde angenommen, dass sie das erste Wirbeltier mit Kiefer waren, bei dem Zähne bekannt waren.

Paläontologen hatten jedoch Schwierigkeiten zu verstehen, wie sie sich zu Zähnen moderner Wirbeltiere hätten entwickeln können, da die Unterschiede zwischen Knochenfischen und Haien so groß sind.

Das europäische Forscherteam, zu dem auch Mitarbeiter des Natural History Museum in London gehörten, machte sich daher daran, festzustellen, ob Arthrodire unsere Vorfahren waren oder nur ein spezialisierter Ableger der Linie.

ESRF: “DAS GRÖSSTE RÖNTGENSTRAHL DER WELT”

Die Europäische Synchrotronstrahlungsanlage (ESRF) ist die intensivste Quelle für durch Synchrotron erzeugtes Licht und erzeugt Röntgenstrahlen, die 100 Milliarden Mal heller sind als Röntgenstrahlen, die in Krankenhäusern verwendet werden.

Diese Röntgenstrahlen werden von den hochenergetischen Elektronen erzeugt, die um einen kreisförmigen Tunnel mit einem Umfang von einer halben Meile rasen.

ESRF funktioniert wie ein “Supermikroskop”, das die Position und Bewegung von Atomen in kondensierter und lebender Materie “filmt”.

Dies zeigt die Struktur der Materie und neue Erkenntnisse für Wissenschaftler in den Bereichen Chemie, Materialphysik, Archäologie, Nanotechnologie und mehr.

Quelle: esrf.eu.

Sie wandten sich den Akanthothoraciden zu, einer anderen frühen Fischgruppe, die als primitiver als die Arthrodire angesehen wurde und eng mit den allerersten Wirbeltieren mit Kiefer verwandt war.

Das Problem bei Akanthothoraciden ist, dass ihre Fossilien selten und immer unvollständig sind.

Die allerbesten Akanthothoracid-Exemplare stammen aus dem Prager Becken in der Tschechischen Republik, aus Gesteinen, die etwas mehr als 400 Millionen Jahre alt sind und um die Jahrhundertwende gesammelt wurden.

Es hat sich als schwierig erwiesen, sie mit herkömmlichen Techniken zu untersuchen, da die Knochen nicht vom umgebenden Gestein befreit werden können und daher nie im Detail untersucht wurden.

Das Team hat sich daher den einzigartigen Eigenschaften des ESRF zugewandt, um die interne Struktur der Fossilien in 3D zu visualisieren, ohne sie zu beschädigen.

Am ESRF sendet ein 844 Meter langer Elektronenring, der sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegt, leistungsstarke Röntgenstrahlen aus, mit denen Materie, einschließlich Fossilien, zerstörungsfrei gescannt werden kann.

“Die Ergebnisse waren wirklich bemerkenswert, einschließlich gut erhaltener Gebisse, von denen niemand erwartet hatte, dass sie dort sind”, sagte die leitende Studienautorin Valéria Vaškaninová von der Universität Uppsala.

Follow-up-Scans mit höherer Auflösung halfen dabei, das Wachstumsmuster und sogar die perfekt erhaltenen Zellräume im Dentin der Zähne zu visualisieren – die Materialschicht, die unter dem Zahnschmelz liegt.

Wie Arthrodire sind die Akanthothoracid-Gebisse an Knochen befestigt.

Haie sind inzwischen darauf spezialisiert, Zähne zu haben, die nur an der Haut haften – im Gegensatz zu der allgemeinen Auffassung, dass Haie primitive lebende Wirbeltiere sind.

Die Europäische Synchrotronstrahlungsanlage (ESRF), eine gemeinsame Forschungseinrichtung in Grenoble, Frankreich

Die Europäische Synchrotronstrahlungsanlage (ESRF), eine gemeinsame Forschungseinrichtung in Grenoble, Frankreich

Auf andere Weise unterscheiden sich Akanthothoracid-Gebisse grundlegend von denen von Arthrodiren.

Wie Haie, knöcherne Fische und Landtiere fügten Akanthothorsäuren nur neue Zähne an der Innenseite der alten hinzu, während sich die ältesten Zähne direkt am Kieferrand befanden.

In dieser Hinsicht sehen die Akanthothorsäuren bemerkenswert modern aus.

“Zu unserer Überraschung entsprachen die Zähne perfekt unseren Erwartungen an ein gemeinsames Ahnengebiss für knorpelige und knöcherne Wirbeltiere”, sagte Vaškaninová.

Die zahntragenden Knochen tragen auch kleine, nicht beißende Dentinelemente der Haut auf ihren Außenflächen – eine Eigenschaft, die primitiven Knochenfischen, aber nicht Arthrodiren gemeinsam ist.

Dies ist ein wichtiger Unterschied, da es zeigt, dass sich Akanthothoracid-Kieferknochen direkt am Mundrand befanden, während Arthrodire-Kieferknochen weiter innen lagen.

Die Ergebnisse wurden heute in der Zeitschrift Science veröffentlicht.

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