Utvecklingen av mänskliga tänder började bland forntida pansarfiskar för mer än 400 miljoner år sedan. I den vetenskapliga tidskriften Vetenskap , ett internationellt team ledd av forskare från Uppsala universitet presenterar banbrytande rön om dessa tidigaste käkade ryggradsdjur. Genom att använda kraftfull röntgenbild, de visar att unika fossil som hittats nära Prag innehåller förvånansvärt moderna tänder.

Tänderna är gjorda av dentin, en vävnad som hos människor bara finns i tänder. Dock, hos hajar, hela kroppsytan är täckt med tandliknande fjäll gjorda av dentin. Fossiler visar att liknande dentinstrukturer fanns på kroppsytan innan käkarna ens utvecklades.

Tänderna på alla levande käkade ryggradsdjur visar några konsekventa mönster:t.ex. nya tänder utvecklas vanligtvis på insidan av de gamla och går sedan utåt för att ersätta dem. (Hos människor har detta mönster modifierats så att nya tänder utvecklas under de gamla, inuti käkbenet.) I övrigt, dock, benfiskar och landdjur skiljer sig från hajar. Hajar har inga ben, bara brosk, och både dentinfjällen och de riktiga tänderna i munnen är fästa på huden. Hos benfiskar och landdjur, tänderna är alltid fästa vid käkben, och om dentinstrukturer finns på kroppens yttre yta är de fästa vid skallbenen och fjällen. Vidare, medan hajtänder fälls genom att de lossnar från huden, benfiskar och landdjur fäller sina genom att lösa bort tandbaserna. Denna mångfald väcker många frågor. Är hudens dentinstrukturer och de verkliga tänderna i munnen relaterade? Hur såg de tidigaste tänderna ut? Var de fästa vid käkben? Om de fälldes, och i så fall, hur? Och var tillsattes nya tänder?

För att svara på dessa frågor, teamet av forskare från Sverige, Tjeckien, Frankrike och Storbritannien vände sig till akantothoraciderna, en tidig fiskgrupp nära besläktad med de allra första käkade ryggradsdjuren. Problemet med akantothoracider är att deras fossiler är sällsynta och alltid ofullständiga. De allra finaste av dem kommer från Pragbassängen i Tjeckien, från stenar som är drygt 400 miljoner år gamla, och samlades in vid förra sekelskiftet. De har visat sig vara svåra att studera med konventionella tekniker eftersom benen inte kan befrias från den omgivande stenen, och de har därför aldrig undersökts i detalj.

En ny bildteknik, synkrotronmikrotomografi, revolutionerar nu studiet av sådana dyrbara och svåra fossiler. Genom att använda den intensivt ljusa och laserliknande röntgenstrålningen som avges av elektroner som accelereras till nära ljusets hastighet, denna teknik gör det möjligt för forskare att visualisera fossilernas inre struktur i tre dimensioner utan att skada dem. Den främsta anläggningen i världen för sådan avbildning är European Synchrotron Radiation Facility, (ESRF), i Grenoble, Frankrike.

"Vårt team beslutade att arbeta med ESRF för att tillämpa denna teknik på akantothoracidhuvudena från Pragbassängen, att veta att det var det enda sättet att avslöja deras komplexa anatomi, säger Valéria Vaškaninová, huvudförfattare till studien. "Resultaten var verkligen anmärkningsvärda, inklusive välbevarade tandproteser som ingen förväntade sig att vara där."

Uppföljningsskanningar med högre upplösning gjorde det möjligt för forskarna att visualisera tillväxtmönstret och till och med de perfekt bevarade cellutrymmena inuti dentinet hos dessa gamla tänder.

Acantothoracid-tänder är fästa på käkben, indikerar att benfiskar och landdjur behåller förfädernas tillstånd i detta avseende, medan hajar är specialiserade på att ha tänder som bara är fästa på huden – i motsats till den vanliga uppfattningen att hajar är primitiva levande ryggradsdjur. Dock, akantotoracider fällde inte tänderna. Detta tyder på att de olika stilarna för tandutsöndring utvecklades oberoende av en icke-utgjutande förfader.

Som hajar, benfiskar och landdjur, akantotoracider tillförde bara nya tänder på insidan; de äldsta tänderna var placerade precis vid käkkanten innanför läpparna. Detta står i kontrast till en annan tidig fiskgrupp, arthrodires, i vilka nya tänder kunde läggas till även på utsidan. De tandbärande benen av akantothoracider bär också små dentinelement av huden på sina yttre ytor, en egenskap som delas med primitiv benfisk men inte med arthrodires. Detta visar att acantothoracid käkben var belägna precis vid kanten av munnen, som benfiskar, medan arthrodire käkben ligger längre in. En akantothoracid (Kosoraspis) visar en gradvis övergång från dessa dentinelement till de närliggande tänderna, medan en annan (Radotina) har tänder nästan identiska med hudens dentinelement i form. Detta tyder på att tänderna nyligen hade utvecklats från dentinelement på huden.

"Dessa fynd förändrar hela vår förståelse av tändernas ursprung, ", säger medförfattaren Per Ahlberg. "Även om akantotoracider är bland de mest primitiva av alla käkade ryggradsdjur, deras tänder är på något sätt mycket mer som moderna än artrodiretänder. Deras käkben liknar benfiskens och verkar vara direkt förfäder till våra egna. När du flinar mot badrumsspegeln på morgonen, tänderna som grinar tillbaka mot dig kan spåra deras ursprung ända tillbaka till de första käkade ryggradsdjuren."