La tecnologia avanzata getta una nuova luce sull’evoluzione dei denti


Una barriera corallina tropicale nella Repubblica Ceca, 409 milioni di anni fa: Radotina, uno dei più primitivi mascellari con denti, esce dal suo nascondiglio nel guscio vuoto di un gigantesco nautiloide per andare a caccia di cibo.

L’evoluzione dei denti umani è iniziata tra gli antichi pesci corazzati più di 400 milioni di anni fa. Nella rivista scientifica Science, un team internazionale guidato da ricercatori dell’Università di Uppsala presenta scoperte rivoluzionarie su questi primi vertebrati mascellari. Usando potenti immagini a raggi X, mostrano che i fossili unici trovati vicino a Praga contengono denti dall’aspetto sorprendentemente moderno.


I denti sono fatti di dentina, un tessuto che negli esseri umani si trova solo nei denti. Tuttavia, negli squali, l’intera superficie del corpo è ricoperta da squame dentarie, simili a quelle dei denti. I fossili mostrano che simili strutture di dentina erano presenti sulla superficie del corpo prima ancora che le mascelle si evolvessero.

I denti di tutti i vertebrati mascellari viventi mostrano alcuni modelli consistenti: per esempio, i nuovi denti di solito si sviluppano sul lato interno dei vecchi e poi si spostano verso l’esterno per sostituirli. (Negli esseri umani questo schema è stato modificato in modo che i nuovi denti si sviluppano al di sotto di quelli vecchi, all’interno dell’osso mascellare). Per altri aspetti, tuttavia, i pesci ossei e gli animali terrestri si differenziano dagli squali. Gli squali non hanno ossa, ma solo cartilagine, e sia le squame della dentina che i veri denti della bocca sono attaccati alla pelle. Nei pesci ossei e negli animali terrestri, i denti sono sempre attaccati alle ossa della mandibola, e se le strutture della dentina sono presenti sulla superficie esterna del corpo sono attaccate alle ossa del cranio e alle squame. Inoltre, mentre i denti di squalo si liberano staccandosi dalla pelle, i pesci ossei e gli animali terrestri si liberano dissolvendo le basi dei denti. Questa diversità solleva molti interrogativi. Le strutture dentinali della pelle e i veri denti della bocca sono correlati? Che aspetto avevano i primi denti? Erano attaccati alle ossa della mandibola? Sono stati rimossi e, in caso affermativo, in che modo? E dove sono stati aggiunti i nuovi denti?

Per rispondere a queste domande, il team di ricercatori di Svezia, Repubblica Ceca, Francia e Regno Unito si è rivolto agli acantotoracidi, un gruppo di primi pesci strettamente legato ai primi vertebrati mascellari. Il problema degli acantotoracidi è che i loro fossili sono rari e sempre incompleti. I più fini di essi provengono dal bacino di Praga nella Repubblica Ceca, da rocce che hanno poco più di 400 milioni di anni e sono stati raccolti all’inizio del secolo scorso. Si sono rivelati difficili da studiare con le tecniche convenzionali perché le ossa non possono essere liberate dalla roccia che li racchiude, e quindi non sono mai stati studiati nei dettagli.

Una nuova tecnica di imaging, la microtomografia a sincrotrone, sta rivoluzionando lo studio di fossili così preziosi e difficili. Utilizzando i raggi X intensamente luminosi e simili al laser emessi dagli elettroni accelerati a una velocità vicina a quella della luce, questa tecnica permette ai ricercatori di visualizzare la struttura interna dei fossili in tre dimensioni senza danneggiarli. La struttura più importante al mondo per tale imaging è l’European Synchrotron Radiation Facility, (ESRF), in Grenoble, Francia.

Durante gli esperimenti presso l’ESRF, il Sincrotrone Europeo: membri del team di ricerca che montano un campione nella hutch sperimentale della linea di trasmissione ESRF ID19.

“Il nostro team ha deciso di lavorare con l’ESRF per applicare questa tecnica alle teste di acantotoracidi del bacino di Praga, sapendo che era l’unico modo per rivelare la loro complessa anatomia”, dice Valéria Vaškaninová, autrice principale dello studio. “I risultati sono stati davvero notevoli, comprese le dentiere ben conservate che nessuno si aspettava”.

Le scansioni di follow-up ad alta risoluzione hanno permesso ai ricercatori di visualizzare il modello di crescita e persino gli spazi cellulari perfettamente conservati all’interno della dentina di questi antichi denti.

I ricercatori hanno utilizzato le proprietà uniche dell’ESRF, la sorgente di raggi X più luminosa del mondo, per visualizzare la struttura interna dei fossili in 3D senza danneggiarli.

Le dentizioni di acantotoracidi sono attaccate alle ossa della mandibola, indicando che i pesci ossei e gli animali terrestri mantengono la condizione ancestrale in questo senso, mentre gli squali sono specializzati nell’avere denti che sono attaccati solo alla pelle – in contrasto con la percezione comune che gli squali sono vertebrati viventi primitivi. Tuttavia, gli acantotoracidi non hanno perso i loro denti. Questo suggerisce che i diversi stili di spargimento dei denti si sono evoluti indipendentemente da un antenato che non ha sparso i denti.

Come gli squali, i pesci ossei e gli animali terrestri, gli acantotoracidi hanno aggiunto nuovi denti solo all’interno; i denti più vecchi si trovavano proprio sul margine della mandibola all’interno delle labbra. Questo contrasta con un altro gruppo di pesci primitivi, gli artrodiri, in cui i nuovi denti potevano essere aggiunti anche all’esterno. Le ossa dentarie degli acantotoracidi portano anche piccoli elementi dentinali della pelle sulla loro superficie esterna, caratteristica condivisa con i pesci ossei primitivi ma non con le artrodire. Ciò dimostra che le ossa delle mascelle degli acantotoracidi si trovavano proprio sul bordo della bocca, come quelle dei pesci ossei, mentre le ossa delle mandibole artrodire si trovavano più in profondità. Un acantotoracido (Kosoraspis) mostra un passaggio graduale da questi elementi dentinali ai denti vicini, mentre un altro (Radotina) ha denti quasi identici agli elementi dentinali della pelle in forma. Questo suggerisce che i denti si sono evoluti solo recentemente dagli elementi della dentina sulla pelle.

Cranio di un primitivo vertebrato mascellare Radotina tesselata del Devoniano della Repubblica Ceca.

“Queste scoperte cambiano tutta la nostra comprensione dell’origine dei denti”, dice il coautore Per Ahlberg. “Anche se gli acantotoracidi sono tra i più primitivi tra tutti i vertebrati mandibolari, i loro denti sono per certi versi molto più simili a quelli moderni rispetto alle dentizioni artrodentali. Le loro ossa mascellari assomigliano a quelle dei pesci ossei e sembrano essere direttamente ancestrali ai nostri. Quando al mattino si sorride allo specchio del bagno, i denti che sorridono possono far risalire le loro origini ai primi vertebrati mandibolari”.

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