Forscher lösen Rätsel um Ursprung von Zähnen bei Wirbeltieren

20. Oktober 2013, 17:48
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Neue Erkenntnisse legen nahe, dass sich Zähne urtümlicher Chordatiere unabhängig von den Zähnen und Kiefern heutiger Wirbeltiere entwickelt haben

Was entwickelte sich zuerst, Kiefer oder Zähne? Paläontologen der Universität Bristol ist es in Zusammenarbeit mit dem Schweizer Paul Scherrer Institut gelungen, ein 40 Jahre altes Rätsel um den Ursprung früher Wirbeltiere mit harten Körperteilen zu lösen. Dabei konnten sie zeigen, dass Zähne sogenannter Conodonten, dies sind frühe Vertreter der Chordatiere, unabhängig von den Zähnen und Kiefern heutiger Wirbeltiere - etwa von Haien, Knochenfischen und deren Vorfahren - entstanden sind. Die Zähne dieser echten Wirbeltiere haben sich vielmehr aus einem Panzer entwickelt, der als Schutz vor den Conodonten diente. Diese waren nach Annahme der Forscher die ersten Raubtiere unter den Wirbeltier-Verwandten.

Zähne und Knochen sind typisch für viele Wirbeltiere. Die evolutionären Ursprünge dieser Organe sind aber bis heute nur lückenhaft aufgeklärt. Die frühesten Fossilien von Chordatieren mit harten Körperteilen stammen von Conodonten, einer ausgestorbenen Gruppe kieferloser Fisch-ähnlicher Wesen mit – bis auf winzige zahnartige Objekte im Maul – völlig weichen Körpern. Obwohl diese Zähne nur wenige Millimeter groß sind, handelt es sich dabei um komplex aufgebaute Strukturen, deren einzelne Bestandteile auf vielschichtige Weise zusammenwirken.

Synchrotronlicht enthüllt Aufbau zahnartiger Strukturen

Neben den Conodonten ist durch Fossilienfunde eine weitere Tier-Gruppe mit harten Körperteilen bekannt: Die  Paraconodonten. Diese ähneln in Aufbau und Größe stark den Conodonten, sind aber wesentlich einfacher aufgebaut. Seit langem gibt es Vermutungen, dass sie Vorfahren der Conodonten sind. Solange aber unklar war, wie die Zähne der Conodonten entstanden sind, ließ sich diese Hypothese nicht bestätigen.

Mit Hilfe von Synchroton-Computertomografien am Paul Scherrer Institut ist es dem internationalen Forscherteam nun gelungen, das Innere der Zähne der jeweiligen Gruppe zu erforschen und sie virtuell Schicht für Schicht in ihre einzelnen Bestandteile zu zerlegen. So konnte das Wachstum der Zähne von Conodonten und Paraconodonten und ihre Verwandtschaftsbeziehungen zueinander untersucht werden.

Paracondonten sind Vorfahren

Die Ergebnisse, die in der Fachzeitschrift "Nature" veröffentlicht wurden, bestätigen eindeutig die Annahme, dass die Paraconodonten Vorfahren der Conodontenen sind. Der Übergang zeigt sich in der Entwicklung einer Besonderheit der Zähne von Conodontenen: Einer harten Kappe ähnlich einer Krone, die stark dem Zahnschmelz der Zähne von Wirbeltieren ähnelt. Wird diese Krone am Computer virtuell abgetragen, sind die „Zähne" der beiden Fischarten so gut wie nicht mehr unterscheidbar.

Zähne getrennt entstanden

Dieses Ergebnis liefert ein wesentliches Argument gegen die Hypothese, dass sich Zähne vor den Kiefern moderner Wirbeltiere entwickelt haben und legt nahe, dass sich Conodonten und echte Wirbeltiere unabhängig voneinander aus den Paraconodonten entwickelten. Die Zähne der modernen Wirbeltiere stammen jedoch wohl nicht von den Zähnen der Paraconodonten ab. Vielmehr haben sie sich aus einem Knochenpanzer früher kieferloser Fische entwickelt, der diese womöglich vor Angriffen der Conodonten schützte. Conodonten waren vermutlich die ersten "Raubtiere" unter den dieser Chordatieren. (red, derStandard.at, 20.10.2013)

  • Mikrostruktur von Zähnen eines Paracondonten in verschiedenen Entwicklungsphasen: Nach der ersten Wachstumsphase bilden sich Schichten um die bestehende Struktur.
    grafik: dje murdock

    Mikrostruktur von Zähnen eines Paracondonten in verschiedenen Entwicklungsphasen: Nach der ersten Wachstumsphase bilden sich Schichten um die bestehende Struktur.

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