Elefanten haben sie. Schweine haben sie. Narwale und Wasserhirsche haben sie. Stoßzähne gehören zu den dramatischsten Beispielen für das Gebiss von Säugetieren: ständig wachsende, hervorstehende Zähne, die zum Kämpfen, zur Nahrungssuche und sogar zum Flirten verwendet werden.
Warum tauchen solche nützlichen Zähne in der gesamten Erdgeschichte nur bei Säugetieren auf und nicht bei anderen überlebenden Tiergruppen? Laut einer am Mittwoch in der Zeitschrift Proceedings of the Royal Society B . veröffentlichten Studie, Es braucht zwei wichtige Anpassungen an Zähnen, um einen Stoßzahn herzustellen – und der evolutionäre Weg erschien erstmals Millionen von Jahren vor den ersten echten Säugetieren.
Vor etwa 255 Millionen Jahren eine Familie von Säugetier-Verwandten namens Dicynodonten – Pflanzenfresser mit Stoßzähnen, Schildkrötenschnabel, deren Statur von Erdbohrern bis zu sechs Tonnen schweren Giganten reichte – durchwanderte die Wälder des Superkontinents Pangäa. Einige Linien überlebten die verheerende Aussterbeperiode im Perm, in der mehr als 90 Prozent der Arten der Erde ausstarben, bevor sie durch pflanzenfressende Dinosaurier ersetzt wurden.
„Das waren wirklich erfolgreiche Tiere“, sagt Megan Whitney, Paläontologin an der Harvard University und Hauptautorin der Studie. „Sie sind in Südafrika so reichlich vorhanden, dass man sie an manchen dieser Orte einfach satt hat. Du wirst über ein Feld hinausschauen und überall werden Schädel dieser Tiere liegen.“
Um herauszufinden, wie diese Tiere ihre Stoßzähne entwickelt haben, sammelten Dr. Whitney und ihre Kollegen Knochenproben von 10 Dicynodont-Arten, darunter dem winzigen, großäugigen Diictodon und dem panzerartigen Lystrosaurus. Sie untersuchten, wie ihre Eckzähne am Kiefer befestigt waren, ob sie verlorene Zähne regelmäßig regenerierten, wie es viele Reptilien tun, und nach Anzeichen dafür, dass ihre Zähne kontinuierlich wuchsen.
Viele Säugetierfamilien haben lange, säbelzahnige Reißzähne oder ständig wachsende Schneidezähne zum Nagen entwickelt. Mehrere frühe Dicynodonten hatten auch ein Paar lange Eckzähne, die aus ihren Schnäbeln ragten. Aber diese Zähne bestehen, wie die meisten Tierzähne, aus einer Substanz namens Dentin, die von einer harten, dünnen Schmelzschicht bedeckt ist. Stoßzähne haben keinen Zahnschmelz, sagte Dr. Whitney, und wachsen kontinuierlich, selbst wenn das vergleichsweise weichere Dentin abgenutzt wird.
Bei der Untersuchung der Dicynodontenschädel stellte das Team fest, dass in der Mitte der Entwicklung der Gruppe eine Verschiebung eingetreten ist: das Auftreten von Weichgewebeansätzen, die die Zähne stützen, ähnlich den Bändern, die bei modernen Säugetieren vorhanden sind. Und wie moderne Säugetiere ersetzten Dicynodonten ihre Zähne nicht ständig.
Beide Verschiebungen legten den Grundstein für die Entwicklung eines ständig wachsenden, gut gestützten Zahns – eines Stoßzahns. Danach, sagte Dr. Whitney, entwickelten späte Dicynodonten Stoßzähne in mindestens zwei verschiedenen Abstammungslinien und möglicherweise mehr.
Dieser evolutionäre Weg erinnert an eine andere Gruppe von Stoßzähnen: Elefanten. Frühe Verwandte von Elefanten hatten vergrößerte Eckzähne, die mit Emaille bedeckt waren, sagte Dr. Whitney. Spätere Familienmitglieder reduzierten den Zahnschmelz auf einer Seite des Zahns zu einem dünnen Band, wie bei einem Nagetier-Schneidezahn, wodurch der Zahn kontinuierlich wachsen konnte. Schließlich haben sie die Emaille ganz aufgegeben.
„Sie stellen die Mittel zur Verfügung, damit sich ein Stoßzahn weiterentwickeln kann, wenn Sie die Entwicklung von reduziertem Zahnersatz und Weichgewebeansätzen erschließen“, sagte Dr. Whitney. „Sobald man eine Gruppe hat, die beide Bedingungen hat, kann man lange Zeit mit Tieren spielen mit verschiedenen Zahnkombinationen und man beginnt, diese unabhängigen Entwicklungen von Stoßzähnen zu sehen.“
Der Grund dafür, dass Stoßzähne derzeit auf moderne Säugetiere beschränkt sind, liegt also in einer spezifischen Anordnung von Zähnen, die Säugetiere von der breiteren Familie der Synapsiden geerbt haben, der Gruppe, zu der Vorläufer von Säugetieren wie Dicynodonten gehören.
Selbst mit diesen Voraussetzungen, sagte Dr. Whitney, ist eine Anpassung wie Stoßzähne nicht unvermeidlich. Aber es ist verfügbar, und mehrere Säugetiergruppen – Elefanten, Wale, Hirsche, Schweine und Walrosse – haben Verwendung für sie gefunden.
“Säugetiere stecken irgendwie an unseren Zähnen fest, im Gegensatz zu etwas wie einem Hai, der ein Fließband des Terrors hat”, sagte Dr. Whitney. „Ein ständig wachsender Zahn ist also ziemlich brillant, wenn Sie Ihren Zahn nur einmal ersetzen.“