*Romundina gagnieri* zeigt frühe Zähne auf Gaumenplatten bei Kieferfischen

Eine neu beschriebene fossile Fischart, Romundina gagnieri, zeigt Zähne, die auf knöchernen Platten wuchsen, welche den Gaumen auskleiden. Damit rückt der Erwerb von Zähnen bei kiefertragenden Fischen deutlich weiter zurück in eine sehr frühe Phase der Wirbeltierentwicklung.

Diese Bauweise verändert den Blick darauf, wie Kiefer und Zähne in Fischen erstmals gemeinsam entstanden, und verlegt den Ausgangspunkt für ein prägendes Merkmal des Wirbeltierlebens.

Hinweise aus einem Schädel eines kiefertragenden Fisches

Die zahntragenden Platten finden sich auf Fragmenten eines gepanzerten Schädels, der aus arktischen Gesteinen geborgen wurde. Sie bewahren seltene Details eines frühen Mundraums bei einem Kieferfisch.

Dr. Sebastien Olive vom Königlichen Belgischen Institut für Naturwissenschaften (RBINS) untersuchte dieses Material direkt und dokumentierte, wie sich die Platten während des Heranwachsens des Tieres bildeten und vergrößerten.

Das Wachstumsmuster bei diesem Kieferfisch zeigte, dass Zähne in einer sich verbreiternden Abfolge über die gesamte Platte hinzugefügt wurden – und nicht, wie lange angenommen, von einer einzigen hinteren Position aus nach vorn fortschreitend.

Diese Einschränkung setzt der Rekonstruktion sehr früher Kiefer Grenzen und macht als nächsten Schritt den Vergleich dieses Musters mit weiteren Panzerfischen nötig.

Begegnung mit Romundina gagnieri

Feldteams entdeckten die Schädelstücke im Norden Kanadas in Gesteinen, die vor etwa 400 Millionen Jahren abgelagert wurden. Der Fund gelang 1995 auf der Prince of Wales Island, wo ehemalige Meeresböden heute hoch über dem Meeresspiegel trocken liegen.

Im Bericht benannte das Team das Tier Romundina gagnieri und ordnete es den frühen kiefertragenden Fischen zu. Sein arktischer Ursprung liefert einen seltenen Datenpunkt aus einer Zeit, in der Fossilien früher Mundstrukturen weiterhin frustrierend rar sind.

Damals lebten in den Ozeanen Placodermen – ausgestorbene, gepanzerte Fische mit knöchernen Kopfschilden –, die in der Evolution nahe an der Basis des Zweigs der Kieferfische stehen.

Im Unterschied zu modernen Haien oder Knochenfischen trugen viele Placodermen ihre Beißflächen auf separaten Platten und nicht entlang der Kieferränder.

Lange ging man davon aus, diese Platten hätten keine echten Zähne, weil das Fossilmaterial oft glatte Flächen konserviert, an denen eigentlich Zähne stehen sollten.

Hinweise aus einer Arbeit von 2012 zeigten jedoch, dass einige Placodermen tatsächlich Zähne ausbildeten – und bereiteten damit den Boden für vertiefende Vergleiche.

Ein kreisförmiges Zahnprotokoll

Bei Romundina gagnieri bewahrte die Zahnplatte eine Wachstumsspur, die vom Zentrum bis zum Rand verlief.

Scans zeigten ältere Zähne näher am Mittelpunkt und jüngere Zähne, die ringförmig um diese herum ergänzt wurden; die Platte wurde mit zunehmendem Alter also breiter.

Dieses Muster widersprach der Vorstellung, frühe Zähne seien stets zuerst im hinteren Mundbereich entstanden und anschließend nach vorn „gewandert“.

Indem sich der Ort, an dem neue Zähne auftraten, als variabel erwies, stützt das Fossil einen flexibleren Ausgangspunkt für die ersten Linien kiefertragender Fische.

Sehen, ohne Knochen zu zerstören

Um winzige Strukturen im Inneren der Platte sichtbar zu machen, nutzte das Team Synchrotron-Bildgebung – ein Verfahren mit einem Teilchenring, der extrem intensive Röntgenstrahlung erzeugt.

Der Strahl durchdrang das Fossil aus vielen Winkeln, und Software setzte die Einzelschnitte zu einem hochdetaillierten dreidimensionalen Modell zusammen.

Weil die Methode das Stück unversehrt lässt, können Forschende die Merkmale später erneut prüfen, wenn neue Fragen und neue Werkzeuge verfügbar sind.

Trotz dieser Auflösung können selbst die besten Aufnahmen fehlende Fossilien anderer Arten und anderer Kieferbereiche nicht ersetzen.

Wissenschaftliche Debatte über Kieferfische

Seit Jahrzehnten wird darüber gestritten, ob Zähne ihren Ursprung in der Haut hatten und nach innen verlagert wurden – oder ob sie von Beginn an im Mund entstanden.

Ein Review aus dem Jahr 2016 stellte diese konkurrierenden Ursprünge dar und verband sie mit der Frage, wie Zahngewebe sich während der Entwicklung bildet.

Im Jahr 2020 argumentierte eine Studie, dass Placodermen-Zähne überwiegend im hinteren Mundbereich auftauchten.

Die Platten aus dem arktischen Fossil erschweren diese Sichtweise, weil ihr Zahnprotokoll nicht zu einer einzigen, ausschließlich hinteren Regel passte.

Mehr als nur Zähne

Die Scans machten außerdem Odontoden sichtbar – harte, mineralisierte Erhebungen in Haut oder Mund –, die sich über einige Zähne schichtweise legten.

Diese Überzüge wuchsen stufenweise und verdeckten teils darunterliegende, abgebrochene Zähne, was zeigt, dass sich die Beißfläche im Laufe der Zeit veränderte.

Die Studie beschrieb zudem Bereiche besonders harter Mineralisation auf manchen Zähnen, die beim Zerquetschen widerstandsfähiger Beute geholfen haben könnten.

Da die Forschenden am RBINS den Ursprung dieser Überzüge nicht bestätigen konnten, ließen sie offen, ob es sich dabei um Zähne oder um etwas anderes handelte.

Zähne ermöglichten neue Ernährungsweisen

Sobald Kiefer Zähne trugen, konnten Tiere Nahrung packen, schneiden und zermahlen, statt sie lediglich zu filtrieren oder einzusaugen.

Unterschiedliche Zahnformen und Wachstumsmuster können Kaukräfte verteilen, weil härtere Spitzen zuerst auf die Nahrung treffen und sich am schnellsten abnutzen.

„Dies ermöglichte es unseren weit entfernten Vorfahren, neue Nahrungsquellen zu nutzen und neue ökologische Ressourcen zu besetzen“, sagte Dr. Olive.

Diese Kontrolle beim Fressen half kiefertragenden Wirbeltieren, sich in viele Lebensräume auszubreiten, und gab späteren Linien mehr Möglichkeiten, in sich wandelnden Meeren zu bestehen.

Erkenntnisse aus Romundina gagnieri

Durch den Vergleich dieses arktischen Fisches mit anderen gepanzerten Verwandten argumentierte das Team, dass bestimmte Mundmerkmale sehr weit in die Vergangenheit zurückreichen.

Ähnliche Zahnplatten kommen bei Arthrodiren vor, einer Placodermen-Gruppe mit gegliederter Kopfpanzerung, weshalb die Forschenden auf ein gemeinsames Konstruktionsprinzip schlossen.

„Wir sehen hier einen der ersten Schritte in der Evolution der Zähne“, sagte Dr. Olive.

Weil der Stammbaum der Placodermen weiterhin Unsicherheiten enthält, behandeln Forschende diese Ahnenzuordnung als starke, aber überprüfbare Arbeitshypothese.

Der arktische Fisch bot einen seltenen Einblick in frühe Zahnplatten, und sein Zahnwachstumsmuster erweiterte die Geschichte uralter Kiefer.

Zukünftige Funde und weitere Scans verwandter Fossilien werden zeigen, ob dieses Design tatsächlich eine echte Ur-Ur-Großmutter markiert – oder lediglich einen von mehreren evolutionären Zweigen.