En rostral denticle av Ischyrhiza mia, en art som tillhör en utdöd grupp sågfiskar som levde i nordamerikanska vatten under den sena kritaperioden, för cirka 100 till 65 miljoner år sedan. Provet återfanns från en stenformation i New Jersey. Kredit:Todd Cook, Penn State, Wiley Publications
Forskare har länge diskuterat ursprunget till tänder. Har de utvecklats från kroppsfjäll som vandrade in i munnen på forntida ryggradsdjur och blev anpassade för att äta - en idé som kallas "utanför-in"-hypotesen? Eller utvecklades de oberoende av fjäll, med sitt ursprung djupt i munhålan och slutligen monterades på käkarna – känd som "inifrån och ut"-hypotesen? En ny studie av forskare vid Penn State ger bevis för hypotesen "utanför-in".
Enligt ryggradsdjurspaleontologen Todd Cook, docent i biologi, Penn State Behrend, ville laget inte bidra till debatten om tändernas ursprung. Istället studerade han och hans kollegor vävnadsstrukturen hos rostrala dentiklar, som är de taggiga spikarna som löper längs de långsträckta nosarna på såghajar och sågfiskar och som används i födosök och självförsvar. Cook, som är huvudförfattare till studien, som visas i septembernumret av Journal of Anatomy , noterade att sågfiskar tillhör samma grupp som skridskor och rockor och är nära besläktade med hajar.
Teamet undersökte de fossiliserade rostrala dentiklarna av Ischyrhiza mira, en art som tillhör en utdöd grupp sågfiskar som levde i nordamerikanska vatten under den sena kritaperioden, för cirka 100 till 65 miljoner år sedan. Proverna hade tidigare återvunnits från en stenformation i New Jersey.
"Rostrala dentiklar tros vara modifierade fjäll på grund av deras placering på den långsträckta nosen och de har en yttre morfologi och utvecklingsmönster som liknar fjäll," sade Cook och förklarade att, precis som med fjäll som finns på andra ställen på kroppen, för en ny rostral dentikel ska bildas, en gammal måste först falla av och göra ett utrymme tillgängligt. "Ändå var väldigt lite känt om organiseringen av vävnaderna som utgör de rostrala dentiklarna, särskilt det hårda yttersta lagret som kallas emaloid. Med tanke på att rostraltandstycken sannolikt är specialiserade kroppsfjäll, antog vi att emaljoiden i rostraldentiklarna skulle uppvisa en liknande struktur till emaljoid av kroppsfjäll, som har enkel mikrokristallorganisation."
Ett tvärsnitt av en rostral dentikel som visar den buntade enameloiden. Kredit:Todd Cook, Penn State, Wiley Publications
För att undersöka den inre mikrostrukturen hos de fossila rostrala dentiklarna, sektionerade forskarna proverna för hand, både tvärs över bredden och längsgående över längden. Därefter använde de ett svepelektronmikroskop för att studera histologin – eller den mikroskopiska anatomin – hos de rostrala dentiklarna.
"Överraskande nog var Ischyrhiza miras emaljoid från den rostrala dentiken allt annat än enkel; den var betydligt mer komplex än emaljoiden av kroppsfjäll", sa Cook. "Faktum är att den övergripande organisationen av emaljoiden i denna urgamla sågfisk liknade den hos moderna hajtandsemaljoid, som har karaktäriserats väl."
Specifikt noterade han att både Ischyrhiza mira rostral denticles och moderna hajtänder har ett emaljoidhölje som till stor del består av fluorapatitmikrokristaller packade ihop till distinkta buntar. Mot den yttre delen av enameloiden löper dessa buntar parallellt med tandens yta och kallas "parallell buntade enameloid". Djupare blir buntarna slumpmässigt ordnade, en region som kallas den "trassliga buntade enameloiden". Slutligen passerar den "radiella buntade enameloiden" genom dessa lager, som är sammansatt av packade mikrokristaller orienterade vinkelrätt mot tandytan.
När det gäller funktion förklarade Cook att ha buntar av mikrokristaller arrangerade i olika orienteringar gör det möjligt för hajtänder att motstå de mekaniska påfrestningar som är förknippade med matning. På samma sätt, noterade han, "Det är troligt att det buntade mikrokristallarrangemanget av emaljoiden av Ischyrhiza miras rostrala dentiklar också tjänade som ett sätt att motstå mekaniska krafter."
Men det mest överraskande och följdriktiga resultatet av denna studie är att den ger ett viktigt bidrag till den långvariga debatten om tändernas ursprung, sa Cook. Specifikt förklarade han, "Detta fynd ger direkta bevis som stöder hypotesen 'utifrån-in', eftersom den visar att fjäll har förmågan att utveckla en komplex tandliknande emaljoid utanför munnen. Det är mer sparsamt att antyda att fjäll produceras en liknande buntad mikrostruktur i tänder och rostrala dentiklar än att dra slutsatsen att båda dessa strukturer utvecklade en liknande emaljoid oberoende." + Utforska vidare
