Fossile Zahnfunde

Durch die Analyse der Kauoberflächen erfassen und interpretieren die Paläontologen die funktionalen Veränderungen. So lassen sich Anpassungen an das unterschiedliche Nahrungsangebot erklären und indirekt Hinweise auf das Klima vergangener Zeiten gewinnen. Dank der Kenntnisse über den Abnutzungsverlauf der Zähne können durch einen funktionalen Zahnreliefvergleich Rückschlüsse auf die Lebensweise unserer Vorfahren gezogen werden. Die gewonnenen Informationen geben Auskunft über den Anteil von z.B. Früchten, Gräsern, Blättern und Fleisch in der Ernährung der verschiedenen Lebewesen und helfen so bei der Rekonstruktion der Lebens- und Umweltbedingungen unserer Vorfahren. Durch fossile Überreste aus fast 200 Millionen Jahren Entwicklungsgeschichte der Säugetiere lässt sich der ständige Wandel der Zähne der unterschiedlichen Lebewesen dokumentieren. Der Kauvorgang und die spezifischen Eigenschaften der Nahrung sowie charakteristische Verhaltensweisen hinterlassen deutliche Spuren auf den Zahnoberflächen. So wurde jüngst durch die Abnutzungsflächen anhand der so genannten Kontaktfacetten der Zahnkronen nachgewiesen, dass die Neandertaler sich wesentlich vielseitiger ernährten als bislang angenommen, wobei das Nahrungsangebot stark von ihrem Lebensraum abhing.

Im 3D-Labor des Senckenberg Instituts werden die Kauflächen, also die Kontaktflächen von Ober- und Unterkiefer, genau untersucht. Mit einer dank Fördermitteln der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG-FOR771) neu entwickelten Software (Occlusal Fingerprint Analyser) kann der Ablauf der Kaubewegungen mit triangulierten Oberflächenmodellen simuliert und quantitativ ausgewertet werden.

Technologie

Für das dreidimensionale Scannen der Zahnoberflächen können verschiedene Verfahren angewandt werden: Mechanische Messungen erfassen z.B. ein Objekt punktweise mit Tastern, was äußerst aufwendig ist, da die Objekte zuerst mit Messpunkten markiert werden müssen. Aufgrund der punktweisen Erfassung sind zum Teil Messzeiten von Stunden oder sogar Tagen erforderlich. Außerdem eignen sich die tastenden Messverfahren nur sehr bedingt für sensible fossile Objekte, die beim Abtasten beschädigt werden können. Für die Paläoanthropologie und Paläontologie ist deshalb das optisch-topometrische Messverfahren mit dem smartSCAN ^3D die beste Scanmethode, weil es berührungsfrei arbeitet, die Objektoberfläche innerhalb weniger Sekunden digitalisiert, große Datenmengen präzise erfasst und flexibel an die Objektgröße anpassbar ist.

Arbeitsablauf

Um stark reflektierende Oberflächen, wie die aus transparentem Schmelz bestehende Zahnoberflächen detailliert zu erfassen, gibt es – abhängig vom Zustand der Originale – zwei Möglichkeiten zur Vorbereitung des Objekts: In den meisten Fällen genügt es, die zu messenden Oberflächen (oder das gesamte Objekt) vor der Digitalisierung mit einem Mattierungsspray einzusprühen. Das Mittel lässt sich mit Wasser rückstandsfrei entfernen.

Bei sehr empfindlichen Objekten bedampft das Forschungsinstitut Senckenberg die Flächen mit Ammoniumchlorid, das als Pulver in einem Kolben erhitzt und anschließend mit einer kleinen Pumpe über eine Düse auf dem Objekt gleichmäßig verteilt wird. Alternativ werden bisweilen auch hochpräzise Abgüsse gescannt, die mit feinzeichnendem Zahnarztmaterial als Negativform abgebildet und dann z.B. in Dental Stone (Everest® Rock, KaVo) abgegossen wurden. Diese Abgüsse aus speziellem, nicht reflektierendem Gips sind perfekte Repliken, die für den Weißlichtscanner
smartSCAN ^3D sehr gut geeignet sind.

Auf die Systemkalibrierung erfolgt die dreidimensionale Vermessung der Zahnoberfläche mit einer einzelnen Messsequenz von etwa einer Sekunde. Nach der Berechnung der 3D-Daten im Computer steht das exakte digitale Abbild der Zahnoberfläche zur Verfügung, das zur detaillierten Untersuchung wie auch zur Dokumentation und Archivierung genutzt wird.

Resultat

Dank Breuckmanns smartSCAN ^3D erfasst das Forschungsinstitut und Naturmuseum Senckenberg selbst seine hochempfindlichen paläontologischen Fundstücke berührungslos, schnell und hochpräzise. Durch Forschungsarbeiten am digitalen Abbild wird das originale Fundstück geschont, wobei die dreidimensionalen Scandaten sogar detailgenauere Untersuchungen der Zahnoberflächen erlauben als es am Original möglich ist. Zudem lässt sich ein entsprechendes digitales Datenarchiv weltweit für zeitgleiche Forschungen und Auswertungen am gleichen Fundstück nutzen – ein Griff ins World Wide Web genügt!

Informationen und Bilder wurden freundlicherweise vom Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseum zur Verfügung gestellt. Eine Literaturliste zu diesem Thema stellen wir Ihnen gerne zur Verfügung.