Wetenschappers hebben lang gedebatteerd over de oorsprong van tanden. Zijn ze geëvolueerd van lichaamsschalen die naar de mond van oude gewervelde dieren migreerden en werden aangepast om te eten - een idee dat bekend staat als de 'buiten-in'-hypothese? Of zijn ze onafhankelijk van de schubben geëvolueerd, diep in de mondholte ontstaan ​​en uiteindelijk op de kaken terechtgekomen - bekend als de 'inside-out'-hypothese? Een nieuwe studie door wetenschappers van Penn State levert bewijs voor de 'outside-in'-hypothese.

Volgens gewervelde paleontoloog Todd Cook, universitair hoofddocent biologie, Penn State Behrend, wilde het team niet bijdragen aan het debat over de oorsprong van tanden. In plaats daarvan bestudeerden hij en zijn collega's de weefselstructuur van rostrale denticles, de puntige punten die langs de langwerpige snuiten van zaaghaaien en zaagvissen lopen en worden gebruikt bij foerageren en zelfverdediging. Cook, de hoofdauteur van de studie, die verschijnt in het septembernummer van Journal of Anatomy , merkte op dat zaagvissen tot dezelfde groep behoren als roggen en roggen en nauw verwant zijn aan haaien.

Het team onderzocht de gefossiliseerde rostrale denticles van Ischyrhiza mira, een soort die behoort tot een uitgestorven groep zaagvissen die leefde in de Noord-Amerikaanse wateren tijdens het late Krijt, ongeveer 100 tot 65 miljoen jaar geleden. De monsters waren eerder teruggevonden in een rotsformatie in New Jersey.

"Rostrale denticles worden verondersteld gemodificeerde schubben te zijn vanwege hun locatie op de langwerpige snuit en ze hebben een externe morfologie en ontwikkelingspatroon dat vergelijkbaar is met schalen," zei Cook, die uitlegde dat, net als bij schalen die elders op het lichaam worden gevonden, voor een nieuwe rostrale denticle te vormen, een oude moet eerst vallen en een ruimte vrijmaken. "Toch was er heel weinig bekend over de organisatie van de weefsels waaruit rostrale denticles bestaan, met name de harde buitenste laag die bekend staat als emailoid. Aangezien rostrale denticles waarschijnlijk gespecialiseerde lichaamsschubben zijn, veronderstelden we dat het email van rostrale denticles een vergelijkbare structuur naar het emaille van lichaamsschalen, die een eenvoudige microkristalorganisatie hebben."

Om de interne microstructuur van de fossiele rostrale denticles te onderzoeken, hebben de onderzoekers de monsters met de hand verdeeld, zowel transversaal - over de breedte - als longitudinaal over de lengte. Vervolgens gebruikten ze een scanning-elektronenmicroscoop om de histologie - of microscopische anatomie - van de rostrale denticles te bestuderen.

"Verrassend genoeg was Ischyrhiza mira's rostrale denticle-emailoïde allesbehalve eenvoudig; het was aanzienlijk complexer dan de enameloïde van lichaamsschalen," zei Cook. "In feite leek de algehele organisatie van het emailleer in deze oude zaagvis op die van het moderne haaientandglazuur, dat goed is gekarakteriseerd."

In het bijzonder merkte hij op dat zowel Ischyrhiza mira rostrale denticles als moderne haaientanden een glazuurlaag hebben die grotendeels bestaat uit microkristallen van fluorapatiet die in afzonderlijke bundels zijn samengepakt. In de richting van het buitenste gebied van het glazuur lopen deze bundels evenwijdig aan het oppervlak van de tand en worden het "parallel gebundelde glazuur" genoemd. Dieper worden de bundels willekeurig gerangschikt, een gebied dat bekend staat als de 'verwarde gebundelde emailleoïde'. Ten slotte, door deze lagen gaat het "radiaal gebundelde email", dat is samengesteld uit opeengepakte microkristallen die loodrecht op het tandoppervlak zijn georiënteerd.

Wat de functie betreft, legde Cook uit dat het hebben van bundels microkristallen die in verschillende oriëntaties zijn gerangschikt, haaientanden in staat stelt weerstand te bieden aan de mechanische spanningen die gepaard gaan met eten. Evenzo merkte hij op:"Het is waarschijnlijk dat de gebundelde microkristalrangschikking van het email van Ischyrhiza mira's rostrale denticles ook diende als een manier om mechanische krachten te weerstaan."

De meest verrassende en consequente uitkomst van dit onderzoek is echter dat het een belangrijke bijdrage levert aan het al lang bestaande debat over de oorsprong van tanden, zei Cook. In het bijzonder legde hij uit:"Deze bevinding levert direct bewijs dat de 'outside-in'-hypothese ondersteunt, omdat het aantoont dat schubben het vermogen hebben om een ​​complexe tandachtige glazuurlaag buiten de mond te ontwikkelen. Het is spaarzamer om te suggereren dat schalen geproduceerd een vergelijkbare gebundelde microstructuur in tanden en rostrale denticles dan te concluderen dat deze beide structuren onafhankelijk van elkaar een vergelijkbare email ontwikkelden." + Verder verkennen

Walvishaaien bleken kleine tandjes rond hun ogen te hebben