Et internationalt forskerhold har fundet en helt simpel matematisk ligning, der kan forklare evolutionen af vores tænder.
Ligningen giver et helt nyt redskab til at læse menneskets udviklingshistorie, hvilket kan bruges til at afgøre vigtige spørgsmål om menneskets slægtshistorie, f.eks. hvem der var de tidligste medlemmer af menneskeslægten Homo for 2,5-3 millioner år siden.
»Vi har fundet en matematisk regel, der giver en objektiv måde at vurdere evolutionen af forskellige dele af kroppen,« siger professor Jukka Jernvall ved Helsinki Universitet, Finland, der har ledet studiet, som netop er offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Nature.
Tænder kan afsløre levevis og adfærd
Tænder har altid haft en meget prominent placering hos forskere i vores udviklingshistorie, fordi de er hårde og bevares bedre end kranier og skeletter, og samtidig kan slid og former afsløre uddøde arters levevis og adfærd.
»Tænder er simpelthen dejlige fossiler. En stor del af vores viden om menneskearternes udvikling kommer fra tandstudier,« siger direktør for Statens Naturhistoriske Museum professor Peter C. Kjærgaard, som ikke har deltaget i forskningen.
Han peger på, at det dog også er gået helt galt indimellem med det værste eksempel i 1922 – ’Nebraska Mennesket’ – der blev navngivet på basis af blot en enkelt tand, som siden viste sig at stamme fra en uddød svineart.
»Men nu er vi ved at have rigtig godt styr på tænderne. Det nye studie her giver os endnu et vigtigt redskab til at bruge tænder til systematisk artsbestemmelse. Jeg glæder mig til at se den analytiske styrke i det potentiale for at lave testbare forudsigelser, som gruppen stiller i udsigt. Det vil være et stort skridt fremad,« siger Kjærgaard.
Menneskets tænder skrumpede med ild og redskaber
Man har længe vidst, at en af de mest iøjnefaldende udviklinger i menneskeslægtens historie afspejles i tænderne.
Siden abemenneskene er vores kindtænder skrumpet, og specielt visdomstanden er blevet meget lille. Så lille at den blandt mennesker i dag ofte slet ikke bryder frem.
Det står i skærende kontrast til vores abemenneskeforfædre, hvor den tredje kindtand som regel var den største kindtand med en tyggeflade, der kunne være tre til fire gange større end vores.
»Det (forskellen, red.) skyldes at redskabsbrug, ild, tilberedning af mad og ændringer i kosten har slækket på det evolutionære pres for at have store stærke kæber,« siger Jukka Jernvall.
»Med de ændringer bliver kæben mindre, og det giver så at sige pladsproblemer for individer med store tænder og specielt den bageste visdomstand, så der kommer et pres for at udvikle mindre tænder.«
Hvad skyldes gener, og hvad skyldes funktion?
Men selv om man har kendt til den udvikling længe, har man ikke kendt de underliggende mekanismer.
Det er her, Jernvall og kolleger kommer ind i billedet. De har længe studeret udviklingen af tænder – ikke for at forstå menneskets udvikling, men for at forstå biologiske mekanismer som evolutionen kan spille på, og her er tænder et meget velegnet modelsystem.
»Man kan dyrke tænder i en petriskål,« siger Jukka Jernvall.
»Vi prøver at finde det, man kan kalde koden for form. Hvordan form faktisk skabes. Dernæst hvor meget af det – om man er abe, menneske eller mus – skyldes gener, og hvor meget skyldes økologi og funktion.«
Ny formel beskriver udviklingen af kindtænders størrelse
I 2007 eksperimenterede Jukka og kolleger med at dyrke muse-tænder i petriskåle og de fandt frem til en enkel matematisk formel, der beskriver udviklingen af kindtændernes størrelse efter deres position.
De viste, at tændernes udvikling er styret af et meget simpelt system, hvor kæbevævet som udgangspunkt aktiverer væksten af hver tand. Men samtidig udskiller den enkelte tand et stof, som flyder hen til nabotanden og bremser dens vækst.
»Der har været en meget lang debat, om det er kæben eller nabotænderne, der påvirker hinanden under udviklingen. Vi viser, at den første kindtand hæmmer den anden, og den anden kindtand hæmmer den tredje i det, vi kalder en inhibitorisk kaskade,« siger Jukka Jernvall.
Det fantastiske er så, at systemet ikke bare kan bruges på mus, men kan bredes ud til næsten alle de pattedyr, fra pungdyr over klovdyr og rovdyr til aber, som man har undersøgt.
Jo større forreste kindtand, des mindre er den bagerste
Størrelsen af de enkelte kindtænder afhænger af en balance mellem to stoffer eller sagt på anden måde, hvor meget der trykkes på ’speederen’ hhv. ’bremsen’.
Og fra dyreart til dyreart tegner der sig et billede af de tre kindtænder som en slags vippe, der roterer omkring den midterste kindtand, sådan at jo større den første kindtand er, des mindre bliver den bageste kindtand. (Og omvendt jo større den bageste kindtand er, des mindre er første). Det vil sige, at pattedyrs kindtænder kan vippe fra den ene side til den anden side, men at forholdet mellem tænderne altid er sådan, at M2’s størrelse ligger lige midt i mellem M1 og M3 (se foto af tænder).
Forskerne blotlagde med andre ord i 2007 en biologisk regel for form og satte det på en enkel matematisk formel.
Der er bid ved menneskeslægten
Spørgsmålet var så, hvordan menneskets passede ind i den regel.
Jernvall og kolleger har nu undersøgt tænder fra 58-66 nulevende befolkninger og de fossile tænder fra 14 arter af homininer, dvs. arter på vores linje, siden vi splittede med chimpansens linje for ca. 6 mio. år siden.
Specifikt sammenligner de vores slægt Homo, inklusiv os og neandertalere, med abemenneskeslægterne Australopithecus, Ardipithecus og Paranthropus.
Det spændende er, at de finder, at hele systemet så at sige vipper over lige præcis omkring fødslen af Homo-slægten for 2,5-3 millioner år siden.
Modellen kan forklare, hvorfor vores visdomstænder forsvinder
Hos de tidlige afrikanske abemenneske-slægter er kindtænderne generelt større, jo længere bagud i munden de sidder. Og forholdet mellem tænderne er konstant, selv om tandstørrelserne varierer meget mellem arterne.
Hos Homo-slægten viser det sig, at mønsteret vender rundt, så i stedet for at kindtænderne bliver større bagud, bliver den første kindtand (M1) størst, så tænderne vokser i størrelse fra hjørnetanden mod M1 og derefter falder igen i størrelse fra M1 bagud til visdomstanden (se foto t.h. samt illustrationen nedenfor).
»I den her sammenhæng forklarer det nye studie også hvorfor vi lige nu er ved miste vores visdomstænder – det er ganske enkelt et mønster, der allerede blev fastlagt ved begyndelsen af vores slægt,« siger Jukka Jernvall.
Det fine er, at modellen kan beskrive den udvikling, så den med forbløffende stor præcision kan forudsige størrelsen af tænderne i tandrækken, hvis man blot har én tand og kender slægten.
Dermed vil formlen potentielt også kunne bruges til afgøre vigtige spørgsmål omkring vores udviklingshistorie.
Det duelige menneske eller den duelige australopithecin?
Et af de mest omdiskuterede fund er arten Homo habilis, der traditionelt blev anset for at være det tidligste medlem af menneskeslægten for omkring 2,5 mio. år siden.
Det helt skelsættende træk ved Homo habilis er, at den har en meget menneskelig hånd, som ville være i stand til at holde om og forme stenredskaber. Den blev derfor populært døbt ’Det duelige menneske’.
Men nogle forskere mener, at den bør grupperes med australopithecinerne, fordi den har andre træk som passer bedre på dem.
Nu kan tænderne give et matematisk rent objektivt svar.
»I vores analyse passer den bedst med australopithecinerne, så den burde måske ikke være ’det duelige menneske’, men ’den duelige australopithecin’,« siger Jukka Jernvall.
Tiden vil vise, om deres ’dom’ falder i god jord, men under alle omstændigheder er det interessant, at selv om Homo habilis kunne bruge stenredskaber, er alle de for mennesket karakteristiske adfærdsændringer som ild og forandringer i kosten endnu ikke så udpræget, at det har slået igennem på tandsættet.
Historien ændrer sig i takt med, at vi bliver klogere
Fra Dmanisi i Georgien har man nogle meget tidlige 1,8 mio. år gamle levn af Homo erectus, der er forbløffende små og primitive, men her finder Jernvall og kolleger menneskeslægtens mønster.
Dog ligner ét eksemplar abemenneskene, og det vidner ifølge forskerne om, at forandringerne er i fuld gang med at sætte ind, men man ser stadig variationen.
»Det er meget interessant at se, Homo habilis falder sammen med australopithecinerne, hvorimod Dmanisi-fundene ser ud til at holde pladsen i Homo-slægten,« siger Peter Kjærgaard.
»Da Homo habilis blev fundet og navngivet, havde den en helt anden central placering, som det første rigtige menneske. Men nu bliver vi nødt til at fortælle en anden historie. Det gør ikke noget. Vi er blevet klogere, og vores værktøjer er blevet bedre.«
Første skridt mod at sætte kroppens udvikling på formel
Den måske største betydning af studiet er, hvordan det mere grundlæggende demonstrerer, at udviklingen af vores krop gennem evolutionen faktisk kan beskrives med matematiske formler.
I en perspektivartikel i Nature skriver Aida Gómez-Robles ved The George Washington University i Washington DC, USA, at ribben, ryghvirvler, lemmer og fingre ligesom tænderne er dannet ved gentagen variation over det samme element og er underlagt lignende udviklingsmæssige bånd.
»Tænder kan derfor være nyttige til at identificere de underliggende mekanismer, som virker i disse andre systemer,« skriver Aida Gómez-Robles, der er ph.D. i evolutionær biologi, palæontologi og antropologi.
Så på samme måde, som reglerne bag tændernes form giver grundlaget for at forstå fossilerne, vil modellen kunne hjælpe med at identificere tilsvarende regler for andre af kroppens strukturer og lægge grunden for at forstå forskellige træk.
Vores ryghvirvlers form er f.eks. tæt knyttet til den oprejste gang, ligesom fingrenes form er knyttet til pincetgrebet, der åbnede vejen til præcis formgivning af redskaber.
Kender man formelen bag disse former, kan det åbne for at forstå nogle af største gåder i vores udviklingshistorie.
