De evolutie van menselijke tanden begon meer dan 400 miljoen jaar geleden bij oude gepantserde vissen. In het wetenschappelijke tijdschrift Wetenschap , een internationaal team onder leiding van onderzoekers van de Universiteit van Uppsala presenteert baanbrekende bevindingen over deze vroegste gewervelde dieren met kaken. Met behulp van krachtige röntgenbeeldvorming, ze laten zien dat unieke fossielen die in de buurt van Praag zijn gevonden verrassend modern ogende tanden bevatten.

Tanden zijn gemaakt van dentine, een weefsel dat bij mensen alleen in tanden voorkomt. Echter, bij haaien, het hele lichaamsoppervlak is bedekt met tandachtige schubben van dentine. Fossielen tonen aan dat soortgelijke dentinestructuren op het lichaamsoppervlak aanwezig waren voordat de kaken zelfs maar ontwikkelden.

De tanden van alle levende gewervelde dieren met kaken vertonen een aantal consistente patronen:bijvoorbeeld nieuwe tanden ontwikkelen zich meestal aan de binnenkant van de oude en gaan dan naar buiten om ze te vervangen. (Bij mensen is dit patroon aangepast zodat nieuwe tanden zich onder de oude ontwikkelen, in het kaakbot.) In andere opzichten, echter, beenvissen en landdieren verschillen van haaien. Haaien hebben geen botten, alleen kraakbeen, en zowel de dentineschubben als de echte tanden in de mond zijn aan de huid bevestigd. Bij beenvissen en landdieren, de tanden zitten altijd vast aan de kaakbeenderen, en als dentinestructuren aanwezig zijn op het buitenoppervlak van het lichaam, zijn ze bevestigd aan de schedelbotten en de schubben. Verder, overwegende dat haaientanden worden afgeworpen door los te komen van de huid, beenvissen en landdieren werpen de hunne af door de tandbases op te lossen. Deze diversiteit roept veel vragen op. Zijn de dentinestructuren van de huid en de echte tanden van de mond gerelateerd? Hoe zagen de vroegste tanden eruit? Zaten ze vast aan kaakbeenderen? Waren ze vergoten, en als het zo is, hoe? En waar werden nieuwe tanden toegevoegd?

Om deze vragen te beantwoorden, het team van onderzoekers uit Zweden, Tsjechië, Frankrijk en het Verenigd Koninkrijk wendden zich tot de acanthoraciden, een vroege vissengroep die nauw verwant is aan de allereerste gewervelde dieren met kaken. Het probleem met acanthoraciden is dat hun fossielen zeldzaam en altijd onvolledig zijn. De allerbeste komen uit het Praagse bekken in Tsjechië, van rotsen die iets meer dan 400 miljoen jaar oud zijn, en werden verzameld aan het begin van de vorige eeuw. Ze zijn moeilijk te bestuderen met conventionele technieken, omdat de botten niet kunnen worden losgemaakt van de omhullende rots, en daarom zijn ze nooit in detail onderzocht.

Een nieuwe beeldtechniek, synchrotron microtomografie, brengt nu een revolutie teweeg in de studie van zulke kostbare en moeilijke fossielen. Met behulp van de intens heldere en laserachtige röntgenstralen die worden afgegeven door elektronen die worden versneld tot bijna de lichtsnelheid, met deze techniek kunnen onderzoekers de interne structuur van de fossielen in drie dimensies visualiseren zonder ze te beschadigen. De belangrijkste faciliteit ter wereld voor dergelijke beeldvorming is de European Synchrotron Radiation Facility, (ESRF), in Grenoble, Frankrijk.

"Ons team besloot samen te werken met ESRF om deze techniek toe te passen op de acanthothoracale koppen uit het Praagse bekken, wetende dat het de enige manier was om hun complexe anatomie te onthullen, " zegt Valéria Vaškaninová, hoofdauteur van de studie. "De resultaten waren echt opmerkelijk, inclusief goed bewaard gebleven gebit waarvan niemand had verwacht dat ze daar zouden zijn."

Vervolgscans met een hogere resolutie stelden de onderzoekers in staat om het groeipatroon en zelfs de perfect bewaarde celruimten in het dentine van deze oude tanden te visualiseren.

Acanthothoracale gebitten zijn bevestigd aan kaakbotten, wat aangeeft dat beenvissen en landdieren in dit opzicht de voorouderlijke toestand behouden, terwijl haaien gespecialiseerd zijn in het hebben van tanden die alleen aan de huid vastzitten - in tegenstelling tot de algemene perceptie dat haaien primitieve levende gewervelde dieren zijn. Echter, acanthothoraciden lieten hun tanden niet vallen. Dit suggereert dat de verschillende stijlen van tandverlies onafhankelijk zijn geëvolueerd van een niet-afstotende voorouder.

Zoals haaien, beenvissen en landdieren, acanthothoraciden voegden alleen nieuwe tanden aan de binnenkant toe; de oudste tanden bevonden zich direct aan de kaakrand in de lippen. Dit in tegenstelling tot een andere vroege visgroep, de geleedpotigen, waarin ook aan de buitenkant nieuwe tanden konden worden toegevoegd. De tanddragende botten van acanthothoraciden dragen ook kleine dentine-elementen van de huid op hun buitenoppervlakken, een kenmerk dat wordt gedeeld met primitieve beenvissen, maar niet met geleedpotigen. Dit toont aan dat de kaakbotten van acanthothoracale zich direct aan de mondrand bevonden, zoals die van beenvissen, terwijl de kaakbotten van de artrodire verder naar binnen liggen. Eén acanthothoracid (Kosoraspis) vertoont een geleidelijke overgang van deze dentine-elementen naar de aangrenzende tanden, terwijl een andere (Radotina) tanden heeft die qua vorm bijna identiek zijn aan de vorm van dentine. Dit suggereert dat de tanden pas recentelijk zijn geëvolueerd uit dentine-elementen op de huid.

"Deze bevindingen veranderen ons hele begrip van de oorsprong van tanden, ", zegt co-auteur Per Ahlberg. "Hoewel acanthothoraciden tot de meest primitieve van alle gewervelde kaken behoren, hun tanden lijken in sommige opzichten veel meer op moderne dan op geleedtanden. Hun kaakbeenderen lijken op die van beenvissen en lijken rechtstreeks voorouders van de onze te zijn. Als je 's ochtends naar de badkamerspiegel grijnst, de tanden die naar je grijnzen, kunnen hun oorsprong terugvoeren tot de eerste gewervelde dieren met kaken."