Hampaat antavat elämän kehityksen tutkijoille korvaamatonta tietoa muinaisten eläinlajien elämästä ja maapallolla tapahtuneista elinympäristön muutoksista, toteaa evoluutiobiologi, akatemiaprofessori Jukka Jernvall. Digitaalisen mallintamisen ja geeniteknologian myötä mahdollisuudet ovat moninkertaistuneet.
Muun muassa evoluutiobiologit ja paleontologit viettävät suuren osan työajastaan eläinten hampaita tutkien. Hammasluu ja hammaskiille ovat eläinten elimistön kovinta ja kestävintä kudosta; useimmiten fossiilit ovatkin juuri hampaita, ja moni jopa miljoonia vuosia sitten sukupuuttoon kuollut laji tunnetaan yhden tai muutaman hampaan perusteella. Hampaiden kehitysbiologinen ainutlaatuisuus perustuu siihen, että niiden toiminta alkaa vasta kun ne ovat täysin kehittyneet ja puhkeavat suuhun. Sen jälkeen niiden muotoon vaikuttavat vain ympäristötekijät kulumisen kautta.
– Fossiilihampaan muodosta, erityisesti kruunun muodon monimutkaisuudesta, voi parhaassa tapauksessa päätellä monia asioita: minkälaista ravintoa eläin on käyttänyt, miten ja missä aikataulussa se on kehittynyt, millainen sen elinympäristö on ollut ja miksi se on esimerkiksi kuollut sukupuuttoon tiettynä ajankohtana, Jukka Jernvall kuvaa.
Useimpien eläinten hampaat eivät ole erilaistuneet. Ne ovat yksikuspisia tappihampaita, jotka uusiutuvat kuluttuaan loppuun. Sen sijaan nisäkkäille on ajan myötä kehittynyt kunkin lajin ruokavaliota tarkkaan vastaava purenta, jossa vastakkaisilla ylä- ja alahampailla on määrätty roolinsa. Nisäkkäiden hampaat ovat joko elinikäiset tai vaihtuvat vain kerran.
– Yleinen periaate on, että kun siirrytään lihansyöjälajeista kaikkiruokaisiin ja edelleen kasvinsyöjälajeihin, hampaat kasvavat ja monimutkaistuvat eli niissä on enemmän kuspeja.
Näin on oletettu jo yli sata vuotta, mutta 2000-luvulla asiasta on pystytty tekemään myös tarkempaa mallintamistutkimusta. Alun perin maantieteelliseen maastomuotojen tutkimiseen kehitetyn GIS (Geographic information systems ) -ohjelman avulla hampaita voidaan skannata kolmiulotteisiksi digitaalisiksi malleiksi ja analysoida eri tavoin.
Jernvallin mukaan hampaiden monimutkaisuutta voidaan mitata laskemalla esimerkiksi poskihampaiden kruunujen särmät, joiden väliin sijoittuu samansuuntaisia pintoja. Petoeläinten ryhmässä esimerkiksi ketun, paljolti liharavintoa syövän eläimen, molaarien särmien määrä on 119; jättiläispandan, bamburuokoa syömään erikoistuneen karhueläimen, molaareissa taas on peräti 257 särmää.
Samankaltainen kruunun monimutkaistuminen siirryttäessä yksinkertaisesta liharavinnosta kohti kasvisravintoa voidaan nähdä myös muissa nisäkäsryhmissä, vaikka ryhmät ovat varsin erilaisia – niin evoluutiohistorian, ruokavalion kuin purennan morfologian suhteen.
Hampaat ovat tärkeitä myös tutkittaessa yksilönkehityksen geneettistä säätelyä.
– Melkein aina hampaan rakenne monimutkaistuu lajinkehityksen edetessä. Itse asiassa tämä on erikoista sikäli, että yleensä muutokset hampaiden kasvua ohjaavissa geeneissä johtavat normaalia pienempään määrään hampaita tai normaalia yksinkertaisempiin hampaisiin. Tästä esimerkkinä on ihminen, jolla virhe mainituissa geeneissä johtaa hypodontiaan noin 10 kertaa yleisemmin kuin hyperdontiaan.
Muuntogeenisten hiirien avulla on selvitetty, mitkä geneettiset signaalipolut ovat hampaan kehitykselle välttämättömiä ja mitkä taas vaikuttavat hampaiden muotoon. Geenien signaalireittien aktiivisuutta säätelemällä voidaan kasvattaa yksinkertaisempia tai hyvinkin monimutkaisia hampaita, ja muutama signaalireitti on todettu riittäväksi hampaiden muodon hienosäätelyn kannalta.
– Hypoteesi on tällä hetkellä kuitenkin se, ettei yhtä ainutta ”monimutkaisuusgeeniä” ole olemassa.
Laura Kimari, Hammaslääkärilehti 6/2013
Lähde: Akatemiaprofessori Jukka Jernvallin luento ”Functional Factors in Dental Evolution” Apollonia Symposiumissa 1.2.2013.