Können wir die Zähne lebender Fische und anderer Wirbeltiere im Laufe der Zeit immer wieder im Detail untersuchen, ohne ihnen zu schaden?
Früher mussten kleine Tiere oft eingeschläfert werden, um genaue Informationen zu erhalten, doch jetzt haben Wissenschaftler einen neuen Weg gefunden, detaillierte Zahnmerkmale von Wirbeltieren auf humane Weise zu untersuchen. Diese anpassbare Methode kann sowohl für lebende Tiere als auch für Museumsexemplare verwendet werden und wurde im veröffentlicht Zeitschrift für Morphologie.
Anpassbare Löffel für präzise Abdrücke
Forscher am Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) und ihre Mitarbeiter wandten menschliche Zahnabdrucktechniken an, um Fischzähne einer Art namens Polypterus senegalus zu untersuchen.
Dieser Fisch ist seit etwa 360 Millionen Jahren von anderen Fischarten getrennt. Aufgrund dieser langen Zeit der evolutionären Isolation weist Polypterus noch viele primitive Merkmale auf, die wichtige Informationen über die frühe Entwicklung von Knochenfischen liefern.
Der Abdruckvorgang beginnt mit der Beruhigung des Tieres. Anschließend wird die Mundhöhle vorbereitet, indem die Zähne sanft an der Luft getrocknet und mit einem hochviskosen Kitt-Abformmaterial gereinigt werden.
Unmittelbar danach erfolgt die Anwendung eines präziseren, niedrigviskosen Polyvinylsiloxanmaterials (ein in der Zahnheilkunde weit verbreitetes Abdruckmaterial) in maßgeschneiderten, vorgefertigten 3D-gedruckten Löffeln, um detaillierte Abdrücke zu erfassen. Der gesamte Vorgang dauert in der Regel fünf bis zehn Minuten.
Eine der größten Herausforderungen für die Forscher bestand darin, mit der geringen Größe der Fische zu arbeiten, da ihre Kiefer nur etwa die Größe eines Fingers hatten und einzelne Zähne weniger als einen Millimeter lang waren. Weitere Einschränkungen waren die Notwendigkeit, die Abdrücke zum Scannen präzise zu schneiden und keinen Einblick in die Zahnstruktur zu erhalten.
Die Forscher führten das Verfahren jedoch erfolgreich an 60 Fischen durch, ohne dass es zu Todesfällen kam. Sie beobachteten detaillierte Mikroverschleißmuster – winzige Muster in der Zahnoberfläche, die durch den Gebrauch im Laufe der Zeit entstanden sind.
Zerstörungsfreie Zahnverfolgung
Dr. Ray Sallan, Zahnarzt und Forscher in der Science and Technology Group des OIST, beschrieb, wie die Methode mehrere wesentliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Techniken bietet: „Früher mussten Forscher Proben einschläfern, um ihre Zähne mithilfe von CT-Scans oder anderen Methoden zu untersuchen.“
„Dieser neue Ansatz ermöglicht die zerstörungsfreie Untersuchung lebender Exemplare und ermöglicht es Forschern, den Zahnersatz und die Zahnentwicklung im Laufe der Zeit zu verfolgen. Dies ist sehr wertvoll für die Untersuchung seltener Arten oder Museumsexemplare, die nicht beschädigt werden können.“
Die neue Technik hat breite Anwendungsmöglichkeiten in verschiedenen Bereichen. Es kann zur Untersuchung von Mikroverschleißmustern verwendet werden, um Ernährungsgewohnheiten zu verstehen, was besonders nützlich ist, wenn moderne Arten mit Fossilien verglichen werden, um antike Ernährungsmuster zu bestimmen. Die Methode kann auch zur Untersuchung der Kieferbiomechanik, zur Verfolgung von Entwicklungsveränderungen und zur vergleichenden Untersuchung der Anatomie verschiedener Arten eingesetzt werden.
OIST Ph.D. Der Student und Co-Erstautor Johannes Wibisana von der Abteilung Genomics and Regulatory Systems betonte die Vielseitigkeit der Technik bei der Untersuchung verschiedener Tiere.
„Indem wir die gleichen Merkmale verschiedener Arten überprüfen, können wir Variationen aufgrund von Ernährung, Wachstumsproblemen oder Genetik objektiv vergleichen. Mit dieser Methode können wir Diagramme erstellen, die Unterschiede zwischen Arten oder Individuen zeigen. Zahnmerkmale verschiedener Arten liefern einen wertvollen Datensatz für.“ Analyse“, sagte er.
Derzeit arbeiten die Forscher an neuen Experimenten mit dieser Methode an größeren Fischexemplaren und anderen Wirbeltieren. Ihr besonderes Interesse gilt der Untersuchung von Zahnersatzmustern, die noch nie zuvor bei lebenden Fischen quantifiziert wurden. Nur Säugetiere haben bleibende erwachsene Zähne, während anderen Wirbeltieren im Laufe ihres Lebens regelmäßig neue Zähne wachsen.
„Unsere Methode hat viele potenzielle Anwendungen und kann in großem Umfang eingesetzt werden, insbesondere von Museen und Forschern, die Biodiversität beproben. Wir können jetzt Mundstrukturen sicher und wirtschaftlich untersuchen und vergleichen und dabei Unterschiede und sorgfältige Informationen aufdecken, die zuvor nicht zugänglich waren“, sagt Prof. Lauren Sallen , Leiter der Macroevolution Unit und leitender Autor, fügte hinzu.
Weitere Informationen:
Modifizierbare klinische Zahnabdruckmethoden, um den gesamten Mund und detaillierte Zahnmerkmale von Wirbeltieren zu erhalten, Zeitschrift für Morphologie (2024). DOI: 10.1002/jmor.70017