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StartseiteForschung aktuellBissig von Anfang an18.10.2012

Bissig von Anfang an

Kiefer und Zähne wurden von Wirbeltieren gemeinsam entwickelt

Paläontologie. - Seit Jahrzehnten erstreiten Paläontologen über eine zentrale Frage aus der Frühzeit der Wirbeltier evolutionär: hatten die ersten kiefertragenden Wirbeltiere schon Zähne oder entwickeln sich die Zähne erst sehr viel später. Heute berichtet ein internationales Forscherteam im britischen Fachblatt "Nature", dass es die Streitfrage klären konnte. Der Wissenschaftsjournalist Michael Stang erläutert die Ergebnisse im Gespräch mit Uli Blumenthal.

Michael Stang im Gespräch mit Uli Blumenthal

Ein Panzerfisch wie dieser Duncleosteus war das erste kiefertragende Wirbeltier mit Zähnen. (Esben Horn, 10tons; supervised by Martin Ruecklin, John Long and Philippe Janvier)
Ein Panzerfisch wie dieser Duncleosteus war das erste kiefertragende Wirbeltier mit Zähnen. (Esben Horn, 10tons; supervised by Martin Ruecklin, John Long and Philippe Janvier)

Blumenthal: Herr Stang, wie steht es um den evolutionären Ursprung der Zähne?

Stang: Herr Blumenthal, das deutet jetzt alles darauf hin, dass die frühen Wirbeltiere tatsächlich bereits Zähne hatten. Demnach kann es keine oder nur eine sehr kurze Periode gegeben haben, wo Wirbeltiere tatsächlich zahnlose Kiefer trugen. Alles deutet darauf hin: Zähne waren immer schon im Kiefer vorhanden. Frühe Wirbeltiere; das heißt, wir sprechen letzlich von einer Zeit vor mehr als 400 Millionen Jahren, also dem so genannten Devon. Und aus dieser Zeit sind einige Wirbeltiere bekannt, vor allem der heute ausgestorbene Panzerfisch Compagopiscis, der zu den placodermata gehört, also den so genannten Panzerhäutern. Das Besondere bei diesen Tieren ist, dass das die ersten Vertreter sind, die ersten bekannten Vertreter überhaupt, die Kiefer entwickelt hatten. Da gibt es einige sehr berühmte Fossilien. Die gut erhaltenen stammen etwa aus Australien und Saudi Arabien. Und genau diese Kiefer haben jetzt Forscher aus Bristol(*) untersucht und zwar mit bildgebenden Verfahren. Und sie wollten klären, ob denn diese frühen kiefertragenden Tiere tatsächlich schon Ansätze von Zähnen hatten oder nicht.

Blumenthal: Sie haben 400 Millionen Jahre zurückgeblickt, die Forscher, aber konnten sie denn nicht direkt bei diesen Kiefern sehen, ob die Tiere Zähne hatten oder nicht?

Standg: Das klingt einfach, aber so einfach ist das leider nicht. Man sieht Strukturen auf den Kiefern, aber da gab es ein Streit darüber, was das überhaupt ist. Einige Forscher sagten: der sind bloß kleine Höckerchen, so genannte Tuberkel, die man etwa auch auf Schuppen kennt. Das sind noch nicht richtige Zähne. Zähne sind im Prinzip von System her fest verankert im Kiefer, die weisen eine ganz andere Struktur auf. Und die Forscher wollten halt in die Kiefer rein gucken, ob das tatsächlich Zahnstrukturen sind oder nicht. Man könnte natürlich die Kiefer aufschneiden, aber dann hat man wieder eine destruktive Methode, man zerstört diese seltenen und gut erhaltenen Fossilien. Und deswegen bedurfte es einer Methode, um in den Kiefer reinblicken zu können. Das geht mit herkömmlichen Methoden nicht unbedingt so gut, man braucht sehr leistungsfähige Röntgenstrahlen. Und da gab es jetzt eine einmalige Kooperation zwischen Paläontologen und Physikern. Und zwar haben die in der Schweiz mit Hilfe von hochenergetischem Röntgenlicht aus der Synchrotronlichtquelle des Paul-Scherrer-Instituts tatsächlich ins Innere der Kiefer blicken können. Und mit diesem etwas umgewandelten Verfahren war es dann möglich, ein, sie sagen, perfektes digitales Modell der versteinerten Kiefer zu erhalten und damit erstmals detaillierte Einblicke in deren Inneres zu gewinnen. Und das ganze ohne diesem fossil etwas anhaben zu können. Also eine Methode, wo das Fossil erhalten blieb.

Blumenthal: Im Fachblatt "Nature" sind diese Abbildungen auch zu sehen. Was zeigen diese Aufnahmen?

Stang: Wenn man sich das anschaut, wird schnell klar, dass man es nicht mit solchen Tuberkeln zu tun hat, sondern dass es tatsächlich schon Zähne sind. Und der Erstautor des "Nature"-Artikels(*), Martin Rücklin aus Bristol, der sagte mir am Telefon, dass sie sämtliche Strukturen innerhalb dieser knöchernen Kiefer sichtbar machen konnten. Das heißt, sie konnten Gewebe sehen, sie konnten Zähne sehen, und, was ganz wichtig ist, sie konnten auch Wachstumslinien sehen. Damit haben sie also nicht nur den Beweis, dass es hier tatsächlich Zähne sind, sondern die Forscher konnten auch erstmals die Entwicklung von Kiefern und Zähnen studieren, also die Evolution von dieser Zahnentwicklung verstehen. Und das haben sie dann in einem zweiten Schritt dann mit Kiefern aus der Embryonalentwicklung heutiger Wirbeltiere verglichen, und jetzt konnte man wirklich sehen vom Individuum, wie sich Zähne entwickeln, und im anderen Schritt dann, von der Evolution der Zähne, wie die Zähne bei einem Individuum entstehen.

Blumenthal: Und was bedeutet dieser Beweis, wie Sie sagen, für die Forscher, für das Bild, das man nun von der Evolution hat?

Stang: Zum einen kann man sagen: Es ist jetzt klar, dass Zähne gemeinsam mit den Kiefern entstanden sind und nicht lange Zeit nacheinander. Und damit ist auch die Debatte über den Ursprung von Zähnen entschieden. Dieser Urzeitfisch, dieser Panzerfisch besaß tatsächlich echte Zähne. Echte Zähne heißt, man hat einmal Zahnbein, also man hat wirklich Dentin, man hat eine Pulpahöhle, also diese Zahnhöhle. Also wenn man so will, das ganze Zahlensystem war von Anfang an vorhanden. Und jetzt sieht es so aus, dass die Zähne sich gemeinsam mit den Kiefern entwickelt haben und diese Zähne nicht irgendwann später aus einer externen Struktur heraus entstanden sind, sondern dass von Anfang an Zähne und Kiefer gemeinsam vorhanden waren.

(*) Anm. d. Red.: An diesen Stellen wurden am 24.10.2012 Transkriptionsfehler korrigiert.

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