Dla Martina Nweeia, narwal – tajemniczy wieloryb z niecentrycznym kłem – jest o wiele bardziej interesujący niż mityczny jednorożec.
Teraz, osiem lat po tym, jak opisał charakterystyczny kłąb narwala jako organ czuciowy, fascynujące stworzenie zaczyna nabierać ostrości. Nweeia i jego koledzy zmapowali ścieżkę sensoryczną między tym spiralnym zębem a mózgiem narwala, po drodze pokazując, w jaki sposób zwierzę może używać kłów, aby zorientować się w swoim środowisku.
Praktykujący dentysta w Connecticut i instruktor kliniczny w Departamencie Stomatologii Odtwórczej i Nauk Biomateriałów w Harvard School of Dental Medicine, Nweeia nazywa siebie „po prostu ciekawskim dzieciakiem”, którego zainteresowanie antropologią stomatologiczną – zębami u ludzi w całej historii ewolucji – zachęciło go do przyjrzenia się, na przykład, kłów słonia i innym wariantom zębów u zwierząt. Ale przez ponad tuzin lat ścigał narwale w ich rodzimym środowisku w połowie drogi między kołem podbiegunowym a biegunem północnym.
Im więcej Nweeia studiował narwale, tym mniej sensu wydawały się mieć.
Jeden spiralny ząb wystaje przez górną wargę niebotyczne dziewięć stóp tylko z jednej strony głowy samca. Jest to ząb, a nie poroże z opartymi na płci różnicami wielkości dobrze znanymi w królestwie zwierząt.
Inny ząb pozostaje osadzony po drugiej stronie ust narwala, asymetria nie spotykana gdzie indziej w przyrodzie. Męskie embriony narwala mają osiem par zębów w rozwijających się ustach, ale tylko dwie pary tworzą się po urodzeniu, z jedną parą tworzącą kły. Zazwyczaj tylko jeden z tych zębów staje się podpisem tusk.
Świat badań narwali oznacza ekspedycje na północny kraniec Ziemi Baffina, gdzie Nweeia grzęźnie na krze lodowej lub w obozach na brzegu, zakłada suchy kombinezon, aby brodzić w 36-stopniowej wodzie, zmaga się z wiatrami wiejącymi z prędkością 120 mil na godzinę i obserwuje z uwagą niedźwiedzie polarne. Na początku swojej 14-letniej kariery w żmudnych ekspedycjach Nweeia i jego koledzy odkryli, że kość narwala jest strukturalną odwrotnością ludzkiego zęba: Ma sztywny pręt w centrum otoczony elastyczną warstwą zewnętrzną, która zawiera porowate kanaliki.
„Te wszystkie rzeczy latają w obliczu każdej zasady i właściwości, które można nauczyć się o zębach, jeśli ktoś miałby iść do szkoły dentystycznej,” Nweeia said.
W 2005 roku on i koledzy, w tym Peter Hauschka, HSDM profesor nadzwyczajny biologii rozwojowej w Boston Children’s Hospital, zgłosili na konferencji, że kły narwala jest organem sensorycznym, dostarczającym informacji o jego lodowatym środowisku oceanicznym. Teraz praca, opublikowana w kwietniowym wydaniu czasopisma Anatomical Record, śledzi drogę od czucia do mózgu przy użyciu anatomii, histologii, genetyki i neurofizjologii.
Zespół Nweeia znalazł nerwy, tkanki i geny w miazdze kłów narwala, które są znane z funkcji sensorycznych i które pomagają połączyć kły z mózgiem. Uzbrojony w ten nowy model, Nweeia musiał potwierdzić, że informacje sensoryczne są rzeczywiście przekazywane wzdłuż tej ścieżki do mózgu z kłów w żywych narwali.
Zespół przetestował tę hipotezę, wsuwając „płaszcz kłów” – przezroczystą rurkę uszczelnioną pianką na obu końcach – narwalowi, który pływał w wodach u wybrzeży Baffin, wciąż chłodnych w sierpniu.
Bodźcem była woda, albo o wysokiej, albo o niskiej zawartości soli, która chlupotała przez rurkę i przez kłykcie w oddzielnych testach. Odpowiedź była zmiana rytmu serca, mierzona przez monitor Holtera, to samo przenośne urządzenie, które ludzie noszą, gdy ich lekarze chcą udokumentować rytmy serca. Zespół zaczepił elektrody na skórze narwali, wziął pomiary tętna, a następnie uwolnił zwierzęta bez szwanku po mniej niż 30 minutach.
Naukowcy zmierzyli zmiany w tętnie i znaleźli znaczące zmiany w zależności od zasolenia wody.
Dlaczego zmienne zasolenie wody miałoby znaczenie? Zwierzę, które żyje w stale zmieniającym się środowisku oceanicznym z formacją lodu jest krytyczna dla sukcesu gatunku, naukowcy przypuszczali. Nweeia doszedł do wniosku, że kły narwala wyczuwają zmiany w zasoleniu wód oceanu, co może być sposobem na pokazanie samicom ich sprawności. Taka zdolność może pomóc samcom znaleźć samice w estrus, lub pomóc zlokalizować żywności niezbędne dla nowo narodzonych narwali.
Zasolenie wody był bodziec sensoryczny, który wywołał sygnały do mózgu, a następnie iskry responsywne zmiany w częstości akcji serca, Nweeia wyjaśnił.
„Jest to pierwszy ząb, który został pokazany przez badania in vivo, aby mieć funkcję sensoryczną do normalnej zmiennej w swoim środowisku”, powiedział.
Nweeia przypomina nam, że nasze zęby są wrażliwe, zbyt, ale jak w innych ssaków, to zostało udokumentowane tylko po znacznej szkody lub choroby. Ludzkie zęby mogą wyczuwać zimno, ciepło lub ból, zwłaszcza gdy zostały odsłonięte po uszkodzeniu twardej warstwy zewnętrznej.
Podręczniki stomatologii przedstawiają hydrodynamiczną teorię wrażliwości zębów, przypisywaną Martinowi Brannstromowi, który utrzymuje, że zmiany w płynie wewnątrz kanalików w warstwie zębiny powodują zmiany w ciśnieniu, które docierają do nerwów w miazdze zęba. Brannstrom wysunął hipotezę, że zęby są zdolne do wykrywania temperatury, ciśnienia, gradientów cząsteczek i wrażeń dotykowych.
Następne kroki dla grupy Nweeia, Narwhal Tusk Research, to zakończenie 12-letnich badań zbierających tradycyjną eskimoską wiedzę o narwalu i znalezienie ewolucyjnego związku z mikrostrukturą kłów.
W międzyczasie, Nweeia kontynuuje swoją codzienną pracę w stomatologii ogólnej w swojej praktyce w Sharon, Conn.
„Wyobraź sobie: Eksploracja, cud i tajemnica są wszystkie zwinięte w tym wspaniałym spiralnym kłębie i narządzie zmysłów”, powiedział.
To badanie było finansowane przez National Science Foundation granty 0739858, 0839989, 0756708, 0701534, 0646872 i 0630561. Dodatkowe finansowanie pochodziło z Harvard School of Dental Medicine, Museum of Comparative Zoology at Harvard, the Smithsonian Institution, The Explorers Club, Castle & Harlan Inc, NSERC, Department of Fisheries and Oceans Canada oraz Nunavut Wildlife Management Board.
.