Fossile Zähne: Wachstum und Regeneration Dem Ur-Raubtier auf den Zahn gefühlt

Sie sind vermutlich die ersten Raubtiere unseres Planeten: kleine aalartige Meereslebewesen, die vor über 480 Millionen Jahren lebten. Ihre sich ständig regenerierenden Zähne geben Forschern bis heute Rätsel auf. Neuste Untersuchungen an der Friedrich-Alexander-Universität liefern nun weitere Erkenntnisse zu den Mechanismen der urzeitlichen Zahnerneuerung.

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Friedrich-Alexander-Univers. Erlangen-Nürnberg ZUV ATD-Referat V/2

Bochum – Ein schneller Räuber mit scharfen Zähnen geht in den urzeitlichen Meeren des Kambriums auf die Jagd. Er erblickt seine Beute, bringt sich in Position und schlägt zu. Fest verbeißt er sich in sein Opfer, das rasch erlegt ist. Zwar sind bei dem Angriff einige Zähne angebrochen, doch sie wachsen bald wieder nach.

Eine solche Jagdszene könnte sich vor über 480 Millionen Jahren ereignet haben. Der Hauptakteur: ein Conodont (griech. für „Kegelzahn“). Obwohl diese aalartigen Wirbeltiere nur wenige Zentimeter groß waren, gelten sie als erste Raubtiere unseres Planeten. Ihre kleinen Zähne, die in der Fachsprache als Elemente bezeichnet werden und zu den wichtigsten Mikrofossilien zählen, konnten sich nach Beschädigungen selbst erneuern. Wie das genau funktionierte, ist jedoch schwer festzustellen. Obwohl die Zahnfossilien oft in Meeresgesteinen gefunden werden, sind ihre weichen Körperreste selten erhalten. Weil so wenig Weichteilgewebe konserviert wurde, ist es extrem schwierig zu bestimmen, wie sie gewachsen sind.

Zahnmetamorphose in drei Stufen

An der Friedrich-Alexander-Universität (FAU) haben Wissenschaftler nun den Aufbau der Conodonten-Zähne genauer untersucht. Mithilfe der Rasterelektronenmikroskopie nahmen sie die verschiedenen Schichten unter die Lupe, um mehr über das Wachstum der Zähne zu erfahren. Auch die chemische Zusammensetzung analysierten die Forscher mittels Röntgenspektroskopie.

Wie die Strukturgeologen herausfanden, wuchsen die Zähne zyklisch, was die abwechselnde Abnutzung und das darauffolgende Anlegen neuer Schichten zeigen. Des Weiteren änderte sich die Form der Zähne je nach Wachstumsstufe der Tiere stark.

Die Forscher konnten anhand der chemischen Zusammensetzung und der Form drei Wachstumsstadien in der Entwicklung eines Tieres feststellen, die unter anderem durch die Nahrungsaufnahme bestimmt sind: Nach der ersten Stufe, einer Art Larvenstadium, in dem Nahrung noch nicht mechanisch – also durch Kauen – verdaut wurde, entwickelten sich die Conodonten in der zweiten und dritten Wachstumsstufe zu den ersten Jägern. Die Zähne zeigen also eine Metamorphose: den Übergang zur Raubtierlebensweise.

Hauttasche oder Hornkappe – wie Zähne von außen wachsen

In der Wissenschaft gibt es bisher zwei Modelle, die die nachwachsenden Conodontenzähne erklären sollen. Anders als etwa menschliche Zähne wachsen diese nämlich nicht von innen, sondern von außen, indem immer neue Schichten aufgelagert werden. Einerseits wird diskutiert, dass sie während Ruheperioden in Hauttaschen zurückgezogen wurden, wo sich neue Schichten anlagern konnten. Das Einziehen der Zähne wäre zum Beispiel mit dem Mechanismus ausfahrbarer Giftzähne mancher Schlangen vergleichbar. Andererseits ist eine Hypothese, dass die Zähne dauerhaft von Gewebe und einer Art Hornkappe umschlossen waren und so neue Schichten hinzugefügt werden konnten. Die Ergebnisse der FAU-Untersuchungen bekräftigen nun die erste Theorie.

Originalpublikation: Bryan Shirley, Madleen Grohganz, Michel Bestmann, Emilia Jarochowska: Wear, tear and systematic repair: testing models of growth dynamics in conodonts with high-resolution imaging. Proceedings of the Royal Society B, 12 September 2018, Volume 285, issue 1886; DOI: 10.1098/rspb.2018.1614

* Dr. S. Langer, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, 91054 Erlangen

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