Wissenschaftler entschlüsseln die Spirale des Narwal-Stoßzahns: Wie entgegengesetzte Windungen den Zahn in gerader Form halten

Ein internationales Forscherteam hat erstmals das innere Gefüge des Narwal-Stoßzahns vollständig beschrieben – des einzigen Zahns in der Natur, der gleichzeitig eine spiralförmige und eine gerade Form aufweist und eine Länge von bis zu drei Metern erreichen kann. Die Arbeit ist das Ergebnis der Anwendung einer fortschrittlichen 3D-Röntgentechnologie in drei Synchrotronbeschleunigerzentren in Europa, die es ermöglichte, in eine Struktur einzudringen, die mit herkömmlichen Visualisierungsmethoden nicht zugänglich ist. Bei männlichen Narwalen wächst der linke Eckzahn durch den Kiefer und die obere Lippe und bildet einen einzigen nach außen ragenden Stoßzahn, während der rechte Eckzahn im Schädel verborgen bleibt.

Synchrotron-Tomographie als Schlüssel zur Mikrostruktur

Die Nutzung der Synchrotronstrahlung in drei europäischen Zentren ermöglichte es den Wissenschaftlern, detaillierte dreidimensionale Aufnahmen der inneren Schichten des Stoßzahns zu erhalten. Gerade dieser Ansatz erlaubte es, die einzelnen Gewebe – Dentin und Zement – zu trennen und deren räumliche Orientierung zu verfolgen. Der leitende Autor der Studie, der Chemiker Henrik Birckedal von der Universität Aarhus (Dänemark), betont, dass die spiralförmige Geometrie ohne eine derart hohe Auflösung hinter der äußeren Oberfläche des Zahns verborgen geblieben wäre.

Zwei entgegengesetzte Spiralen halten den Stoßzahn gerade

Die zentrale Entdeckung besteht darin, dass das innere Dentin im Uhrzeigersinn spiralförmig verläuft, während der äußere Zement in die entgegengesetzte Richtung verläuft. Diese zwei gegenläufigen spiralförmigen Strukturen erzeugen ausgleichende Kräfte, die verhindern, dass der Stoßzahn sich wie die Stoßzähne eines Elefanten krümmt, und seine charakteristische gerade Form bewahren. Birckedal vergleicht diese Konstruktion mit einer Schraube, die kontinuierlich nach außen tritt, anstatt tief in ein Objekt einzudringen, was die mechanische Stabilität eines so langen und dünnen Zahns erklärt.

Wachstumsringe und Herkunft der Proben

Neben der Geometrie entdeckten die Wissenschaftler in den Stoßzähnen Wachstumsringe, die an Baumringe erinnern und potenziell Informationen über die Entwicklung und das Leben des Tieres tragen können, das ein Alter von bis zu 80 Jahren erreichen kann. Für die Analyse verwendete das Team Museumsproben sowie Proben, die von der indigenen Inuit-Bevölkerung in Grönland während der traditionellen Narwaljagd zur Nahrungsbeschaffung gesammelt wurden, was die Repräsentativität der Stichprobe sicherstellte.

Widersprüchliche Daten

Das Gefüge des Stoßzahns ist entschlüsselt, doch seine wahre Funktion bleibt Gegenstand wissenschaftlicher Debatten. Frühere Theorien gingen davon aus, dass Narwale den Stoßzahn zur Jagd auf Beute oder zur Bestimmung der Temperatur und Salinität des Wassers verwenden. Das Forschungsteam hält diese Hypothesen für weniger überzeugend, da die Stoßzähne fast ausschließlich bei Männchen ausgebildet werden; dabei wurden zuvor Fälle beobachtet, in denen zwei Männchen offenbar ihre Stoßzähne vor einem Weibchen zur Schau stellten, was die Version von einer Rolle des Stoßzahns bei der Dominanzdemonstration und der Anziehung einer Partnerin hervorbrachte. Gleichzeitig besteht der führende Experte für Narwal-Stoßzähne, der Anthropologe und Zahnarzt Martin Nweya von der Harvard University, auf Basis seiner früheren Untersuchungen darauf, dass die Hauptfunktion des Stoßzahns ein Sinnessystem sei. Somit koexistieren die beiden Hauptpositionen – die demonstrative und die sensorische – weiterhin im wissenschaftlichen Diskurs.

Bedeutung der Arbeit für Biologie und Morphologie

Trotz der anhaltenden Uneinigkeit über die praktische Nutzung des Stoßzahns bewertet Nweya die neue Studie als bedeutenden Beitrag zur Präzisierung der Mikrostruktur und der einzigartigen Morphologie des Narwal-Zahns. Die gewonnenen Daten zu den gegenläufigen Spiralen aus Dentin und Zement eröffnen neue Möglichkeiten zur Untersuchung des Wachstums, des Alters und möglicherweise der physiologischen Funktionen dieses seltenen Meeresessäugers und dienen zugleich als Beispiel dafür, wie Synchrotronmethoden das Verständnis der Tieranatomie verändern.