Prähistorischer Geisterhai Helicoprions Spiralzahnkiefer erklärt

Nach einem Jahrhundert bunter Vermutungen haben CT-Scans gezeigt, was wirklich im albtraumhaften Kiefer von Helicoprion vor sich geht, einem großen, 270 Millionen Jahre alten Knorpelfisch mit einem aufwendigen Zahnwirbel in der Mitte seines Mauls.

1899 gab der russische Geologe Alexander Petrovich Karpinsky diesem sechs Meter langen Fisch den Namen Helicoprion, was „Spiralsäge“ bedeutet, basierend auf einem fragmentarischen Fossil, das in Kasachstan gefunden wurde. Weil die Säge, die er beschrieb, vom Rest des Körpers getrennt worden war, konnte Karpinsky nicht sicher sein, wo sie gepasst hätte, also schlug er zunächst vor, dass sie im Maul des Fisches begann und sich entlang der Schnauze als äußere gewundene Masse zusammengeschmolzener Zähne nach oben kräuselte. Denken Sie an die Säge eines Sägefisches, nur nach oben gekräuselt. Weitere Vermutungen wurden in den frühen 1900er Jahren von einer Reihe von Forschern aus der ganzen Welt gemacht, darunter der amerikanische Paläontologe Charles Rochester Eastman. Eastman hatte Probleme mit der Idee, dass solch ein unhandlicher Apparat möglicherweise im Gesicht dieser armen Kreatur gesessen haben könnte. Eastman veröffentlichte 1900 in einer Ausgabe des American Palaeontologist und favorisierte die Idee, dass der Quirl von irgendwo entlang des Rückens des Fisches ragte und vielleicht als eine Art Verteidigungsanzeige fungierte.

Ein paar Jahre später folgte Karpkinsky Eastmans Gedankengang und schlug vor, dass der Quirl des Helicoprions einen Teil des Schwanzes des Tieres gebildet haben könnte oder sich vielleicht von seiner Rückenflosse aus erstreckte oder tiefer auf seinem Rücken saß. Im Jahr 1907 fand der amerikanische Ichthyologe Oliver Perry Hay ein versteinertes Exemplar, das noch in seiner natürlichen Position saß, und befürwortete die Kiefertheorie. Aber saß es im Ober- oder Unterkiefer? Und saß es in beiden? Solche Fragen waren mit den wenigen und fragmentarischen Exemplaren, mit denen diese Forscher arbeiten mussten, nicht zu beantworten.

Ungeachtet dessen war der allgemeine Konsens in den frühesten hypothetischen Rekonstruktionen von Helicoprion, dass dieser schreckliche, zahnige Quirl sicherlich einem Verteidigungszweck diente. Später in diesem Jahrhundert hat sich diese Wahrnehmung geändert, und die Forscher gingen zu der Idee über, dass der Quirl hauptsächlich zum Füttern verwendet wurde und daher mit dem Kiefer der Kreatur in Verbindung gebracht wurde.

1950 entdeckte der dänische Paläontologe Svend Erik Bendix-Almgreen in der Waterloo Mine in der Nähe von Montpelier, Idaho, ein entscheidendes Exemplar eines Hubschrauberwirbels. Benannt IMNH 37899 und im Idaho Museum of Natural History untergebracht, wurde es erstmals 1966 von Bendix-Almgreen beschrieben. Es könnte ernsthaft zerquetscht und disartikuliert worden sein, aber zusammen mit den 117 erkennbaren gezackten Zahnkronen, die auf einer Spirale mit einem Durchmesser von 23 cm saßen, befand sich ein sehr aussagekräftiger Schädelknorpel. Dies bewies zum ersten Mal, dass zumindest ein Teil des Wirbels in Helicoprions Mund enthalten war.

Aber das schränkte die Möglichkeiten nicht ein. In den letzten fünfzig Jahren haben Forscher vorgeschlagen, dass sich der Quirl unbeholfen von der Unterlippe aus erstreckte und sich unter dem Kinn kräuselte; saß im Mund, wo die Zunge sein sollte; oder vielleicht saß weiter unten in Richtung Hals.

Nun hat ein Team unter der Leitung von Leif Tapanila vom Department of Geosciences der Idaho State University und Kurator des Idaho Museum of Natural History beispiellose Einblicke in die Struktur des Helicoprion-Schädels gewonnen. IMNH 37899 wurde mit einem ACTIS-Scanner an der hochauflösenden Röntgen-CT-Einrichtung der University of Texas gescannt und daraus ein skaliertes, computergeneriertes 3D-Modell des Schädels des Tieres erstellt.

„Unsere Rekonstruktion postuliert, dass der Zahnwirbel eine einzigartige, symphysäre Struktur des Unterkiefers ist, die die gesamte Länge des Unterkieferbogens einnimmt“, berichtete das Team gestern in Biology Letters. Dies bedeutet, dass sich der Quirl nicht über den Unterkiefer hinaus erstreckt und sich unter dem Kinn wickelt, wie zuvor vorgeschlagen, sondern im Unterkiefer wächst. Auf diese Weise hatte Helicoprion, so wie Haie mehrere Zahnreihen haben, die kontinuierlich ersetzt werden, eine teilweise verborgene Zahnfabrik, die in der Nähe des Bereichs begann, in dem sich Ober- und Unterkiefer treffen, über den Mund lief, wie es die Zunge wäre, wenn sie eine hätte, und dann in den Knorpel, der vom Unterkiefer getragen wird (siehe erstes Bild).

„Das kontinuierliche Wachstum des Wirbels drückt den Zahnwurzelkomplex in einer gekrümmten Richtung zur Vorderseite des Kiefers, wo er sich schließlich spiralförmig zur Basis des neuesten Wurzelmaterials bildet, und dieser Prozess bildet weiterhin aufeinanderfolgende Umdrehungen“, sagen die Forscher. „Irgendwann, vor einer vollständigen 360-Grad-Entwicklung des Spiralwachstums, sind Zahnkronen im tessellierten Knorpel des Oberkiefers verborgen.“

Da Helicoprion keine Zähne am Oberkiefer hatte, schlägt das Team vor, dass der Raubfisch seine Beute mit weichem Körper, wie Kopffüßer und kleine Fische, durch wiederholtes Schneiden mit einer einzigen Reihe gezackter Zähne abgebaut hätte. Als es seinen Unterkiefer schloss, wurde der Zahnwirbel nach hinten gedrückt, „wodurch ein wirksamer Schneidemechanismus für die klingenartigen gezackten Zähne bereitgestellt und Nahrung in den hinteren Teil der Mundhöhle gedrückt wurde“.

Tapanila und Kollegen vermuten, dass der Kiefer des Helicoprion über 50 cm lang gewesen sein könnte, und einige Zahnwirtel hätten etwa 150 Zähne gehabt. Das Team sagt auch, dass die Kreatur kein Hai ist, wie andere angenommen haben, sondern eine Chimäre (Holocephalan), eine Gruppe von Knorpelfischen, die auch als Rattenfische oder Geisterhaie bekannt sind und sich vor 400 Millionen Jahren von den Haien abzweigten. „Es wurde immer angenommen, dass der Helicoprion ein Hai war, aber er ist enger mit Rattenfischen verwandt, einem Holocephalan“, sagt Tapanila. „Das Wichtigste, was es mit Haien gemeinsam hat, ist die Struktur seiner Zähne, alles andere ist Holocephalan.“

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