Zahnschmelz ist ein ganz besonderer Stoff: Er ist die härteste Substanz im menschlichen Körper, kann Nüsse und Schalentiere knacken. Seine leicht transparente, bläulich schimmernde Optik verleiht vielen Menschen ein strahlend weißes Lächeln. Doch trotz aller Härte hat das Material auch seine Schwächen: Säuren weichen das Hartgewebe auf, Bakterien können sich ins Zahninnere vorarbeiten. Und nicht zuletzt: Einmal verlorener Schmelz kann nicht neu gebildet werden.
Wissenschaftler suchen schon länger eine Antwort auf die Fragen: Woher kommt dieses ganz besondere Material? Und wann im Lauf der Evolution hat sich der Schmelz entwickelt? An der schwedischen Universität Uppsala und am Institut für Paläontologie in Peking scheinen Forscher diesem Rätsel jetzt auf die Spur gekommen zu sein. Durch Genomanalysen ließ sich klar zeigen, dass Schmelz ursprünglich in der Haut auftrat und erst wesentlich später seinen heutigen Bestimmungsort auf den Zähnen fand.
Auf den ersten Blick mag diese Erkenntnis überraschend sein, denn die meisten Wirbeltiere haben Zähne lediglich in der Mundhöhle. Doch bereits beim Betrachten der Haut eines Hais wird klar, dass einige Arten ihre Körperhülle auch mit sehr hartem Gewebe ausstatten. Wer jemals einen Hai gestreichelt hat, wird die raue Oberfläche, bedingt durch tausende kleine Hautzähnchen (Placoidschuppen), sicher in Erinnerung haben. Diese Außenhaut findet sich auch bei fossilen Knochenfischen, aber genauso bei noch lebenden Fischen mit stammesgeschichtlich frühem Auftreten.
Die schwedische Arbeitsgruppe widmete ihre Aufmerksamkeit einer bestimmten Gattung von amerikanischen Knochenhechten (Lepisosteus). Auch sie gelten als Vertreter einer sehr alten Wirbeltiergruppe und haben extrem harte Schuppen. Die Schuppenoberfläche ist mit Ganoin bedeckt, einer zahnschmelzähnlichen Substanz. Bei der Entschlüsselung des Fischgenoms wurden zwei von drei Schmelz-Matrixproteinen entdeckt, die auch im menschlichen Erbmaterial vorkommen. Zudem konnten die Forscher zeigen, dass die betreffenden Gene speziell in der Haut abgelesen werden - ein starker Hinweis darauf, dass die Proteine zum Aufbau des Ganoins benötigt werden. Ganoin ist somit eine spezielle Form von Zahnschmelz.
Zuletzt galt es zu klären, wo der Schmelz ursprünglich entstand. Fand er sich zuerst im Mund, in der Haut oder entwickelte er sich gar parallel? Zwei mehr als 400 Millionen Jahre alte fossile Fische sollten das Geheimnis lüften: Im chinesischen Fisch Psarolepis wiesen Schuppen und Hautzähnchen im Kopfbereich den Schmelzüberzug auf, im schwedischen Fisch Andreolepis waren sogar nur die Schuppen verhärtet. Die Zähne im Maul hingegen waren schmelzfrei.
Da beide Gattungen zu den ältesten bekannten Knochenfischen gehören, vermuten die Wissenschaftler bei ihnen auch den Ursprungsort des Zahnschmelzes gefunden zu haben. Das Hartgewebe entstand demnach in der Haut, wo es auch heute noch bei einigen Fischen unter dem Namen Ganoin zu finden ist. Erst zu einem späteren Zeitpunkt sollen sich im Verlauf der Evolution die Vorteile des Materials als Zahnschutz durchgesetzt haben.