För Martin Nweeia är narvalen – en mystisk val med en avigsidad käke – mycket intressantare än den mytomspunna enhörningen.
Otta år efter att han beskrev narvalens distinkta käke som ett sensoriskt organ, börjar den fascinerande varelsen nu att komma i fokus. Nweeia och hans kollegor har kartlagt en sensorisk väg mellan den spiralformade tanden och narvalens hjärna, och på så sätt visat hur djuret kan använda sin käke för att känna av sin omgivning.
Nweeia, som är praktiserande tandläkare i Connecticut och klinisk instruktör vid avdelningen för tandreglering och biomaterialvetenskap vid Harvard School of Dental Medicine, kallar sig själv för ”bara en nyfiken grabb” vars intresse för tandantropologi – tänder hos människor genom hela utvecklingshistorien – fick honom att titta på till exempel elefanttandbenet och andra varianter av tänder hos djur. Men i mer än ett dussin år har han jagat narvaler i deras naturliga livsmiljö halvvägs mellan polcirkeln och Nordpolen.
Desto mer Nweeia studerade narvaler, desto mindre vettiga verkade de vara.
En spiralformad tand sticker ut genom överläppen med en otrolig längd på nio fot från endast en sida av hanens huvud. Det är en tand, inte ett horn med könsbaserade storleksskillnader som är välkända i djurriket.
En annan tand ligger inbäddad i den andra sidan av narvalens mun, en asymmetri som inte finns någon annanstans i naturen. Hanliga narvalembryon har åtta par tänder i sina utvecklande munnar, men endast två par bildas efter födseln, varav det ena paret bildar betarna. Vanligtvis blir bara en av dessa tänder den karakteristiska stötfoten.
Närvalforskningen innebär expeditioner till Baffin Islands nordspets, där Nweeia sitter på isflak eller i läger på land, tar på sig en torrdräkt för att vada i 36-gradigt vatten, trotsar vindar på 120 km/tim och vakar försiktigt efter isbjörnar. I början av sin 14-åriga karriär av mödosamma expeditioner upptäckte Nweeia och hans kollegor att narvalens tandben är den strukturella motsatsen till en människotand: Den har en styv stav i mitten som är omgiven av ett flexibelt yttre skikt som innehåller porösa rör.
”Allt detta går stick i stäv med alla regler och egenskaper som man skulle lära sig om tänder om man gick på tandläkarutbildningen”, säger Nweeia.
2005 rapporterade han och hans kollegor, däribland Peter Hauschka, HSDM:s docent i utvecklingsbiologi vid Boston Children’s Hospital, vid en konferens att narvalens tandtand är ett sensoriskt organ som levererar information om sin iskalla havsmiljö. I en artikel, som publiceras i aprilnumret av tidskriften Anatomical Record, följer man nu vägen från känsel till hjärna med hjälp av anatomi, histologi, genetik och neurofysiologi.
Nweeias team hittade nerver, vävnader och gener i narvalens stötmuskelmassa som är kända för sensoriska funktioner och som hjälper till att förbinda stötmuskeln med hjärnan. Beväpnad med denna nya modell behövde Nweeia bekräfta att sensorisk information faktiskt överförs längs denna väg till hjärnan från stötbenet hos levande narvalar.
Teamet testade denna hypotes genom att sätta en ”tuskjacka” – ett genomskinligt rör förseglat med skum i vardera änden – på en narval som hade simmat in i vattnen utanför Baffin, som fortfarande var kyliga i augusti.
Stimulansen var vatten med antingen hög eller låg salthalt, som skvalpade genom röret och över tukten i separata tester. Reaktionen var en förändring av hjärtfrekvensen, som mättes med en Holtermonitor, samma bärbara apparat som människor bär när deras läkare vill dokumentera hjärtrytmen. Teamet satte elektroder på narvalernas hud, mätte hjärtfrekvensen och släppte sedan ut djuren oskadda efter mindre än 30 minuter.
Forskarna mätte förändringar i hjärtfrekvensen och fann betydande förändringar beroende på vattnets salthalt.
Varför skulle det spela någon roll om vattnets salthalt varierade? Ett djur som lever i en ständigt föränderlig havsmiljö med isbildning är avgörande för artens framgång, antog forskarna. Nweeia har dragit slutsatsen att narvalstungan känner av variationer i havsvattnets salthalt som ett möjligt sätt att visa lämplighet för honorna. En sådan förmåga kan hjälpa hanar att hitta honor i brunst eller hjälpa till att hitta mat som är viktig för nyfödda narvalar.
Vattnets salthalt var det sensoriska stimulus som utlöste signaler till hjärnan och som sedan utlöste responsiva förändringar i hjärtfrekvensen, förklarade Nweeia.
”Detta är den första tand som genom in vivo-tester har visat sig ha en sensorisk funktion för en normal variabel i sin miljö”, sade han.
Nweeia påminner oss om att även våra tänder är känsliga, men precis som hos andra däggdjur har detta dokumenterats först efter betydande skador eller sjukdomar. Mänskliga tänder kan känna kyla, värme eller smärta, särskilt när de har blivit utsatta efter en skada på det hårda yttre skiktet.
I läroböcker för tandläkare finns den hydrodynamiska teorin om tandkänslighet, som tillskrivs Martin Brannström, och som går ut på att förändringar i vätskan i tubuli i dentinskiktet orsakar variationer i trycket som når nerverna i tandpulpa. Brannstrom antog att tänderna kan upptäcka temperatur, tryck, partikelgradienter och taktila känslor.
Nästa steg för Nweeias grupp, Narwhal Tusk Research, är att slutföra en tolvårig studie där man samlar in traditionell inuitkunskap om narvalen och att hitta en evolutionär koppling till tuggans mikrostruktur.
Under tiden fortsätter Nweeia sitt dagliga arbete som allmän tandläkare på sin praktik i Sharon, Conn.
”Tänk dig: Utforskning, förundran och mystik är alla sammanfogade i den här magnifika spiralformade tandbenet och sinnesorganet”, säger han.
Denna studie finansierades av National Science Foundation grants 0739858, 0839989, 0756708, 0701534, 0646872 och 0630561. Ytterligare finansiering har gjorts av Harvard School of Dental Medicine, Museum of Comparative Zoology at Harvard, Smithsonian Institution, The Explorers Club, Castle & Harlan Inc., NSERC, Department of Fisheries and Oceans Canada och Nunavut Wildlife Management Board.