Voor Martin Nweeia is de narwal – een mysterieuze walvis met een afwijkende slagtand – veel interessanter dan de mythische eenhoorn.
Nu, acht jaar nadat hij de kenmerkende slagtand van de narwal beschreef als een zintuig, komt het fascinerende schepsel in beeld. Nweeia en zijn collega’s hebben een zintuiglijke route in kaart gebracht tussen die spiraaltand en de hersenen van de narwal, en laten zo zien hoe het dier zijn slagtand kan gebruiken om zijn omgeving te verkennen.
Als praktiserend tandarts in Connecticut en klinisch docent aan de afdeling Restauratieve Tandheelkunde en Biomaterialenwetenschappen aan de Harvard School of Dental Medicine, noemt Nweeia zichzelf “gewoon een nieuwsgierig kind” wiens interesse in tandheelkundige antropologie – tanden bij mensen door de evolutionaire geschiedenis heen – hem ertoe aanzette om te kijken naar bijvoorbeeld de olifantenslagtand en andere varianten van tanden bij dieren. Maar voor meer dan een dozijn jaar heeft hij achtervolgd narwallen in hun oorspronkelijke habitat halverwege tussen de poolcirkel en de Noordpool.
Hoe meer Nweeia bestudeerde narwallen, hoe minder zin ze leken te maken.
Een spiraalvormige tand steekt door de bovenlip een outlandish negen voet van slechts een kant van het hoofd van het mannetje. Het is een tand, geen gewei met op geslacht gebaseerde grootteverschillen die welbekend zijn in het dierenrijk.
Een andere tand blijft ingebed in de andere kant van de bek van de narwal, een asymmetrie die elders in de natuur niet voorkomt. Mannelijke narwalembryo’s hebben acht paar tanden in hun zich ontwikkelende bek, maar slechts twee paar vormen zich na de geboorte, waarbij één paar de slagtanden vormt. Meestal wordt slechts één van deze tanden de kenmerkende slagtand.
De wereld van het narwalonderzoek betekent expedities naar het noordelijke puntje van Baffin Island, waar Nweeia neerstrijkt op ijsschotsen of in kampen aan land, een droogpak aantrekt om in water van 36 graden te waden, winden van 120 km/u trotseert en op zijn hoede is voor ijsberen. Vroeg in zijn 14-jarige carrière van zware expedities, ontdekten Nweeia en collega’s dat de narwal slagtand het structurele omgekeerde is van een menselijke tand: Het heeft een stijve staaf in het centrum, omgeven door een flexibele buitenlaag die poreuze buisjes bevat.
“Deze dingen gaan allemaal in tegen elke regel en eigenschap die men zou leren over tanden, als men naar de tandheelkundige school zou gaan,” zei Nweeia.
In 2005 meldden hij en collega’s, waaronder Peter Hauschka, HSDM universitair hoofddocent ontwikkelingsbiologie aan het Boston Children’s Hospital, op een conferentie dat de narwal slagtand een zintuig is, dat informatie over zijn ijzige oceaanomgeving doorgeeft. Nu een paper, gepubliceerd in het aprilnummer van het tijdschrift Anatomical Record, traceert het pad van gevoel tot hersenen met behulp van anatomie, histologie, genetica en neurofysiologie.
Nweeia’s team vond zenuwen, weefsels en genen in de narwal slagtand pulp die bekend zijn voor zintuiglijke functie en die helpen de slagtand met de hersenen te verbinden. Gewapend met dit nieuwe model, Nweeia moest bevestigen dat zintuiglijke informatie daadwerkelijk wordt doorgegeven langs deze weg naar de hersenen van de slagtand in levende narwallen.
Het team testte deze hypothese door een “slagtandmasker” – een doorzichtige buis afgesloten met schuim aan beide uiteinden – aan te brengen op een narwal die in de wateren voor de kust van Baffin was gezwommen, nog fris in augustus.
De stimulus was water met een hoog of laag zoutgehalte, dat in afzonderlijke tests door de buis en over de slagtand klotste. De reactie was een verandering in de hartslag, gemeten door een Holter-monitor, hetzelfde draagbare apparaat dat mensen dragen wanneer hun artsen hartritmes willen documenteren. Het team haakte elektroden op de huid van de narwallen, nam hartslagmetingen en liet de dieren vervolgens ongedeerd vrij na minder dan 30 minuten.
De wetenschappers maten veranderingen in de hartslag en vonden significante veranderingen afhankelijk van het zoutgehalte van het water.
Waarom zou het variëren van het zoutgehalte van het water van belang zijn? Een dier dat leeft in een steeds veranderende oceaanomgeving met ijsvorming is van cruciaal belang voor het succes van de soort, zo veronderstelden de onderzoekers. Nweeia heeft geconcludeerd dat de narwal slagtand variaties in het zoutgehalte van het oceaanwater aanvoelt als een mogelijke manier om de vrouwtjes geschiktheid aan te tonen. Een dergelijk vermogen kan helpen mannetjes vinden vrouwtjes in oestrus, of helpen lokaliseren voedsel essentieel voor pasgeboren narwallen.
Het zoutgehalte van het water was de zintuiglijke stimulans, die signalen naar de hersenen geactiveerd en vervolgens aangewakkerd responsieve veranderingen in de hartslag, Nweeia legde uit.
“Dit is de eerste tand waarvan door in vivo testen is aangetoond dat hij een zintuiglijke functie heeft voor een normale variabele in zijn omgeving,” zei hij.
Nweeia herinnert ons eraan dat onze tanden ook gevoelig zijn, maar net als bij andere zoogdieren is dit alleen gedocumenteerd na aanzienlijke schade of ziekte. Menselijke tanden kunnen kou, warmte of pijn voelen, vooral wanneer ze blootliggen na beschadiging van de harde buitenlaag.
In tandheelkundige leerboeken wordt de hydrodynamische theorie van tandgevoeligheid aangehaald, die wordt toegeschreven aan Martin Brannstrom, die stelt dat veranderingen in vloeistof binnen de tubuli in de dentinelaag drukvariaties veroorzaken die de zenuwen in de tandpulpa bereiken. Brannstrom veronderstelde dat tanden in staat zijn om temperatuur, druk, deeltjesgradiënten en tactiele sensaties te detecteren.
De volgende stappen voor Nweeia’s groep, Narwhal Tusk Research, zijn het voltooien van een 12 jaar durende studie waarin traditionele Inuit kennis over de narwal wordt verzameld en het vinden van een evolutionair verband met de microstructuur van de slagtand.
Tussen gaat Nweeia door met zijn dagtaak als algemeen tandarts in zijn praktijk in Sharon, Conn.
“Stel je voor: Exploratie, verwondering en mysterie zijn allemaal gewikkeld in deze prachtige spiraalvormige slagtand en zintuig,” zei hij.
Deze studie werd gefinancierd door National Science Foundation subsidies 0739858, 0839989, 0756708, 0701534, 0646872 en 0630561. Aanvullende financiering werd verstrekt door de Harvard School of Dental Medicine, het Museum of Comparative Zoology van Harvard, het Smithsonian Institution, The Explorers Club, Castle & Harlan Inc, NSERC, Department of Fisheries and Oceans Canada en de Nunavut Wildlife Management Board.