Wissenschaftler haben herausgefunden, dass die Zähne des Komodowarans über eine eingebaute Eisenpanzerung verfügen, die unglaublich hart ist!

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Su Chengyu (populärwissenschaftlicher Autor)

Hersteller: China Science Expo

Anmerkung des Herausgebers: Um die neuesten Geheimnisse der Biowissenschaften zu entschlüsseln, hat das Spitzentechnologieprojekt von China Science Popularization eine Artikelserie mit dem Titel „Neues Wissen über das Leben“ veröffentlicht, die Lebensphänomene interpretiert und die Geheimnisse der Biologie aus einer einzigartigen Perspektive enthüllt. Tauchen wir ein in die Welt des Lebens und erkunden wir die unendlichen Möglichkeiten.

Drachenzähne symbolisieren Stärke, Schutz, Hartnäckigkeit und Geheimnis. In der griechischen Mythologie pflanzte Jason Drachenzähne in die Erde und diese Drachenzähne verwandelten sich in bewaffnete Krieger; in Fantasy-Romanen werden Drachenzähne zur Herstellung mächtiger magischer Waffen verwendet; In Spielen werden Drachenzähne als Material zur Herstellung mächtiger Zaubertränke und magischer Gegenstände verwendet …

Es existiert nicht nur in der Fantasiewelt, sondern „existiert“ auch in der realen Welt. Ein Panzerabwehrhindernis heißt „Drachenzahn“, eine solide Betonkonstruktion, die feindliche Panzer und gepanzerte Fahrzeuge aufhalten soll.

Drachenzahn, ein Panzerabwehrhindernis

(Bildquelle: Wikipedia)

Es ist schwer zu sagen, ob die Zähne anderer Drachen hart sind oder nicht. Schließlich sind weder östliche Drachen (Loong) noch westliche Drachen (Dinosaurier sind eine andere Sache) in der realen Welt zu finden. Es gibt jedoch eine Drachenart namens Komodowaran, und es ist wissenschaftlich bestätigt, dass seine Zähne sehr hart sind, weil sich in seinen Zähnen etwas „Ungewöhnliches“ befindet.

Komodowaran

(Bildquelle: Britannica)

Die Riesenechse Komodowaran lebt auf der indonesischen Insel Komodo. Im Fachjargon ist er als Komodowaran (Varanus komodoensis) bekannt. Es handelt sich um die größte Echse der Welt (männliche Komodowarane können eine Länge von bis zu 3 Metern erreichen) und sie ist für ihre enorme Größe und ihre tödlichen Jagdfähigkeiten bekannt. Sein Name hat eine lange Geschichte. Im Jahr 1912 landete die erste niederländische Expedition auf dieser kleinen Insel in Indonesien und brachte mehrere „Monster“ mit, die erschossen und Komodowaran genannt wurden.

Komodowaran-Schädel

(Bildquelle: Wikipedia)

Frühere Studien haben gezeigt, dass Komodowarane giftig sind. MRT-Scans ihrer Schädel zeigten das Vorhandensein von zwei Giftdrüsen in ihrem Unterkiefer. Allerdings wissen nur wenige Menschen von seinen Reißzähnen. Aaron LeBlanc und sein Forschungsteam sammelten Zahnproben von Komodowaranen aus verschiedenen Naturkundemuseen und Zoos. Zu den Proben gehörten in Flüssigkeit konservierte Knochenproben und Zähne. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass die Zähne nicht nur gezackte Kanten haben, sondern auch mit einer charakteristischen orangefarbenen Beschichtung bedeckt sind.

Komodowaranzähne mit Zacken an den Rändern

(Bildquelle: Referenz 1)

Diese orange Farbe ist nicht nur auf den funktionsfähigen Zähnen, sondern auch auf den Ersatzzähnen sichtbar, was darauf schließen lässt, dass die orange Farbe nicht auf Verfärbungen durch Essen zurückzuführen ist.

Orange Beschichtung

(Bildquelle: Referenz 1)

Unter Funktionszähnen versteht man die Zähne, die aktuell verwendet werden und tatsächliche Funktionen erfüllen. Als Ersatzzähne bezeichnet man Ersatzzähne, die noch keine funktionsfähigen Zähne ersetzt haben. Bei Komodowaranen beginnen sich neue Zähne normalerweise an den Wurzeln oder an den Seiten alter Zähne zu entwickeln. Wenn neue Zähne heranwachsen, verdrängen sie die alten Zähne und nehmen schließlich ihren Platz ein. Durch diesen Vorgang wird sichergestellt, dass der Komodowaran immer über ein voll funktionsfähiges Gebiss verfügt.

Sogar die Zähne haben einen orangefarbenen Belag

(Bildquelle: Referenz 1)

Anschließend führte das Team eine detaillierte Analyse der Zahnproben mithilfe von Rasterelektronenmikroskopie (REM) und energiedispersiver Spektroskopie (EDS) durch. Sie fixierten die Proben mit Harz und verarbeiteten sie unter Vakuum. Zur leichteren mikroskopischen Betrachtung wurden die Proben in dünne Scheiben geschnitten. Auf den SEM-Bildern konnten sie deutlich einen hellen Belag auf der Zahnoberfläche erkennen. Dabei handelte es sich um einen eisenreichen Belag mit einer Dicke von etwa 1–2 Mikrometern.

Die Dicke der orangefarbenen Beschichtung auf der obersten Schicht der Krone unter einem Elektronenmikroskop

(Bildquelle: Referenz 1)

Um die Zusammensetzung der Zahnbeschichtung genauer zu bestimmen, verwendete das Forschungsteam Synchrotron-Röntgen-Mikrofluoreszenzspektroskopie (S-µXRF) und Mikrobeugungstechniken (S-µXRD). Mithilfe dieser Techniken konnten sie bestätigen, dass das Eisen in der Zahnbeschichtung hauptsächlich in Form von Eisenoxidhexahydrat vorlag. Die Verbindung wurde auch im Zahnbelag einiger Nagetiere gefunden, beispielsweise in den großen orangefarbenen Schneidezähnen von baumnagenden Bibern.

Große orangefarbene Zähne des Bibers

(Fotoquelle: McGill)

Um schließlich die Härte dieser Eisenbeschichtungen zu messen, führten die Wissenschaftler Nanoeindringtests durch, bei denen sie die Härte und den Elastizitätsmodul verschiedener Teile der Zähne maßen.

Im Nanoindentationstest wurde die durchschnittliche Härte des orangefarbenen Beschichtungsbereichs mit 6,8 ± 0,3 GPa (Gigapascal) und der Elastizitätsmodul mit 110 ± 5 GPa gemessen. Die durchschnittliche Härte des Zahnschmelzbereichs ohne Beschichtung wurde mit 6,0 ± 0,2 GPa gemessen, der Elastizitätsmodul mit 100 ± 4 GPa. Die Ergebnisse zeigten, dass die orangefarbene Metallbeschichtung die Härte und Festigkeit der Zähne erhöhte und dem Komodowaran dadurch einen Vorteil bei der Jagd und beim Zerreißen seiner Beute verschaffte.

Nehmen wir den Menschen als Beispiel: Laut früheren Studien beträgt die durchschnittliche Härte des menschlichen Zahnschmelzes 4,5 ± 0,5 GPa und der durchschnittliche Elastizitätsmodul 100 ± 10 GPa . Man erkennt, dass die Metallbeschichtung es tatsächlich stark verstärkt hat, zumindest was die Härte betrifft.

Warum kann eine Eisenhydroxidbeschichtung die Zahnhärte erhöhen?

Laut der vorherigen SEM- und EDS-Analyse ist das Eisenhydroxid in der Beschichtung gleichmäßig verteilt und fest mit dem Zahnschmelz verbunden. Dies lässt darauf schließen, dass bei der Ablagerung von Eisenhydroxid auf der Zahnoberfläche eine starke Grenzflächenbindung zwischen diesen Partikeln und dem Zahnschmelz entsteht. Diese Grenzflächenbindung verbessert die Haftung der Beschichtung an der Zahnmatrix durch chemische Bindungen und physikalische Interkalation und verbessert dadurch die mechanische Gesamtfestigkeit.

Haben andere Eidechsen orangefarbene Eisenbeschichtungen auf ihren Zähnen?

Die Wissenschaftler untersuchten die Zähne mehrerer Waranarten (Varanus) und Eidechsenarten (Heloderma), darunter auch die ausgestorbene Urzeitwaranart. Das Bild unten ist ein phylogenetischer Baum, der die evolutionären Beziehungen zwischen den verschiedenen Waranarten zeigt, mit Fotos der Zähne jedes Warans und jeder Waranart. Rote Zweige stellen Arten mit deutlicher und anhaltender Zahnrandpigmentierung dar; schwarze Zweige stehen für Arten ohne offensichtliche Pigmentierung; blaue Zweige stehen für Arten mit gelegentlicher oder uneinheitlicher Pigmentierung der Zähne; und orangefarbene Zweige stellen Arten dar, deren Pigmentierungsgrad aufgrund von Fossilienbildung unbekannt ist.

(Bildquelle: Referenz 1)

Daraus lässt sich ersehen, dass die Zähne von Eidechsen zwar recht unterschiedlich sind, im Allgemeinen jedoch eine gezackte Struktur aufweisen.

Was ist mit Krokodilen, die ebenfalls große Reptilien sind? Aaron Loeb hat daran gedacht, bevor er das Experiment durchführte. Aaron bekam die ausgefallenen Zähne mehrerer verschiedener Krokodile aus dem Zoo und außerdem die fossilen Zähne von Krokodilen aus der späten Kreidezeit aus dem Dinosaur Provincial Park in Alberta, Kanada.

Analyse von Krokodilzähnen

(Bildquelle: Referenz 1)

Die Ergebnisse für die Krokodilzähne waren nicht genau dieselben wie für die Komodowarane. Der gleiche Punkt ist, dass Krokodilzahnproben ebenfalls eisenreiche Eigenschaften aufwiesen. Der Unterschied besteht darin, dass diese Beschichtung nicht gleichmäßig auf der Zahnoberfläche verteilt ist und die Beschichtungsdicke nicht so gut ist wie die des Komodowarans. Weitere LA-ICP-MS-Analysen ergaben erhöhte Konzentrationen von Eisen und Kalzium im Dentin der Krokodilzähne, im äußeren Zahnschmelz wurde jedoch kein signifikanter Anstieg der Eisenkonzentration beobachtet.

In den fossilen Krokodilzahnproben (q und r in der Abbildung oben) waren die Kalzium- und Eisensignale im Dentin deutlich verstärkt, im Zahnschmelz wurde jedoch keine nennenswerte Eisenbeschichtung festgestellt. Dies kann daran liegen, dass diese Merkmale durch den Fossilisierungsprozess verborgen wurden, aber das ist schwer zu sagen. Insgesamt gesehen handelt es sich bei beiden zwar um große Reptilien und beide sind ziemlich robust, es gibt jedoch erhebliche Unterschiede in der Struktur und chemischen Zusammensetzung ihrer eisenhaltigen Beschichtungen.

Was ist mit den Dinosauriern?

Sie hätten nicht gedacht, dass Wissenschaftler auch die Zähne von Tyrannosaurus und Dromaeosaurus gefunden haben! Untersuchungen der Mikrostruktur ihrer Zähne ergaben, dass es an den gezackten Kanten der Tyrannosaurus-Zähne keine nennenswerten Eisenablagerungen gab. Das Eisen konzentrierte sich hauptsächlich im Dentinbereich im Inneren der Zähne, das Signal war jedoch nicht sehr deutlich. Darüber hinaus ist der Zahnschmelz des Tyrannosaurus gewellt, was die Rissausbreitung durch komplexe Mikrorisse verhindern und so die Haltbarkeit der Zähne verbessern kann.

Die Zähne von Tyrannosaurus und Dromaeosaurus weisen deutliche Zacken auf

(Bildquelle: Referenz 1)

Weder an den gezackten Kanten noch im Inneren der Zähne von Dromaeosauriern wurde ein signifikantes Eisensignal festgestellt. Darüber hinaus besteht der Zahnschmelz der Zähne von Dromaeosaurus aus relativ einfachem, überwiegend parallel verlaufendem Kristallit-Zahnschmelz, der eine einfachere Struktur aufweist als der wellenförmige Zahnschmelz der Zähne von Tyrannosaurus.

Weder in den Zähnen des Tyrannosaurus noch in denen des Dromaeosaurus wurden nennenswerte Eisenablagerungen gefunden, was einen starken Kontrast zur Eisenbeschichtung in den Zähnen des Komodowarans darstellt. Es könnte sein, dass der Fossilisierungsprozess diese Signale verdeckt hat oder dass die Zähne dieser Dinosaurier einfach nicht über diese Anpassungen verfügten.

Obwohl keine Eisenbeschichtung gefunden wurde, sind Zahnschmelz und Dentin des Tyrannosaurus laut Tests doppelt so hart wie die entsprechenden Bereiche von Komodowaranen und Mississippi-Alligatoren. Dies könnte eine Folge der Fossilisierung sein, weshalb sich nur schwer sagen lässt, wie hart die Zähne lebender Dinosaurier sind. Aber es ist auf jeden Fall hart, zumindest härter als das des Menschen, schließlich ist die mikroskopische Struktur vorhanden.

Drachenzähne, es stellt sich heraus, dass sie wirklich hart sind! Es ist würdig, als Top-Raubtier bezeichnet zu werden!

Quellen:

1. LeBlanc ARH, Morrell AP, Sirovica S, et al. Eisenbeschichtete Komodowaranzähne und der komplexe Zahnschmelz fleischfressender Reptilien[J]. Nature Ecology & Evolution, 2024: 1-12.