Uråldrigt fiskfossil kastar nytt ljus över mysteriet med mjölktänder

Kommer du ihåg när du tappade mjölktänderna? Efter mycket vickande hade du en tand i handen - men bara den emaljklädda kronan. Hela tandens rot hade på något sätt försvunnit. I en ny studie publicerad i Nature har forskare vid Uppsala universitet tillsammans med kollegor vid ESRF i Frankrike med hjälp av synkrotron röntgentomografi undersökt ett pyttelitet käkben från ett 424 miljoner år gammalt fiskfossil för att få mer kunskap om detta märkliga sätt att ömsa tänderna på.

Tänder utsätts för många påfrestningar och det finns en poäng i att kunna byta ut dem under ett djurs livslängd. Konstigt nog var tänderna hos de tidigaste käkförsedda ryggradsdjuren fixerade vid käkbenen och kunde inte ömsas. Tandömsning utvecklades så småningom oberoende vid två tillfällen genom två ganska olika processer. Hos hajar och rockor löser fibrerna som fäster tänderna vid käkens skinn upp sig och hela tanden lossnar. Hos benfiskar och landlevande ryggradsdjur sitter den växande tanden fast direkt i käkbenet med en speciell benvävnad och när det är dags för tandömsning måste denna vävnad lossna. Särskilda celler kommer då in och absorberar dentinet och benvävnaden tills tanden lossnar. Det är därför våra mjölktänder förlorar sina rötter innan de ömsas. Men när utvecklades denna process?

Forskarna bakom den nya studien bestämde sig för att undersöka ett käkben från det 424 miljoner år gamla fiskfossilet Andreolepis från Gotland. Andreolepis står nära den gemensamma förfadern till alla nu levande benfiskar och landlevande ryggradsdjur. Käken är en pytteliten sak, mindre än en centimeter lång. Men inuti döljer sig en underbar hemlighet: den interna mikrostrukturen är perfekt bevarad och innehåller information om käkbenets tillväxthistoria. Fram tills nyligen har den enda möjligheten att se interna strukturer i fossil varit att skära det i tunna skivor och titta på dessa under ett mikroskop. Detta förstör dock själva provet och ger bara en tvådimensionell bild som är svår att tolka. Vid European Synchrotron Radiation Facility (ERSF) i Grenoble, Frankrike, är det nu möjligt att göra tomografiska undersökningar som fångar lika små mikroskopiska detaljer, men i tre dimensioner och utan att förstöra fossilet.

Donglei Chen, studiens förstaförfattare, har spenderat flera år med att mycket noggrant ”dissekera” datan från undersökningarna på datorskärmen. Hon har byggt upp en tredimensionell karta över hela förloppet när tänder tillkommer och tappas - första gången tandbildningen hos ett tidigt fossil har studerats i sådan detalj.

- Varje gång en tand ömsades lämnade resorptionsprocessen en hålighet där den hade suttit fast. När ersättningstanden sattes på plats bevarades den gamla resorptionsytan som ett svagt underliggande ärr inuti benvävnaden. Jag hittade upp till fyra sådana begravda resorptionsytor under varje tand, staplade på varandra som tallrikar i ett skåp. Detta visar att tänderna byttes ut om och om igen under fiskens livstid, säger Donglei Chen, doktorand vid institutionen för organismbiologi vid Uppsala universitet.

Detta är det tidigaste kända exemplet på tandömsning genom basal resorption och den tycks vara mest lik den tandömsningsprocess som ses hos primitiva benfiskar idag, så som bengäddor och fengäddor. Liksom hos dessa fiskar så utvecklades nya ersättningständer jäms med de gamla snarare än under dem som hos oss människor.
- Mängden biologisk information som vi får från dessa undersökningar är helt häpnadsväckande. Vi kan följa processen med tillväxt och resorption ända ner till cellnivå, nästan som hos ett levande djur. Vartefter vi använder den här tekniken på fler tidiga ryggradsdjur så kommer vi att förstå deras livsprocesser mycket bättre – och helt säkert kommer vi att stöta på rejäla överraskningar, säger Per Ahlberg, professor vid institutionen för organismbiologi, Uppsala universitet, och en av projektledarna.

För mer information kontakta:
Donglei Chen, tel: 018-471 2783 e-post: donglei.chen@ebc.uu.se
Per Ahlberg, tel: 018-471 2641, e-post: Per.Ahlberg@ebc.uu.se

Donglei Chen, Henning Blom, Sophie Sanchez, Paul Tafforeau & Per E. Ahlberg (2016) The stem osteichthyan Andreolepis and the origin of tooth replacement, Nature, doi:10.1038/nature19812