L'évolution des dents humaines a commencé chez les anciens poissons blindés il y a plus de 400 millions d'années. Dans la revue scientifique Science , une équipe internationale dirigée par des chercheurs de l'Université d'Uppsala présente des découvertes révolutionnaires sur ces premiers vertébrés à mâchoires. Grâce à une imagerie à rayons X puissante, ils montrent que des fossiles uniques trouvés près de Prague contiennent des dents étonnamment modernes.

Les dents sont faites de dentine, un tissu qui chez l'homme ne se trouve que dans les dents. Cependant, chez les requins, toute la surface du corps est recouverte d'écailles en forme de dent en dentine. Les fossiles montrent que des structures dentinaires similaires étaient présentes à la surface du corps avant même que les mâchoires n'évoluent.

Les dents de tous les vertébrés vivants à mâchoires présentent des motifs cohérents :par exemple, les nouvelles dents se développent généralement à l'intérieur des anciennes, puis se déplacent vers l'extérieur pour les remplacer. (Chez l'homme, ce modèle a été modifié de sorte que de nouvelles dents se développent en dessous des anciennes, à l'intérieur de l'os de la mâchoire.) À d'autres égards, cependant, les poissons osseux et les animaux terrestres diffèrent des requins. Les requins n'ont pas d'os, seulement du cartilage, et les écailles de la dentine et les vraies dents de la bouche sont attachées à la peau. Chez les poissons osseux et les animaux terrestres, les dents sont toujours attachées aux mâchoires, et si des structures dentinaires sont présentes sur la surface externe du corps, elles sont attachées aux os du crâne et aux écailles. Par ailleurs, alors que les dents de requin tombent en se détachant de la peau, les poissons osseux et les animaux terrestres perdent les leurs en dissolvant la base des dents. Cette diversité soulève de nombreuses questions. Les structures dentinaires de la peau et les vraies dents de la bouche sont-elles liées ? A quoi ressemblaient les premières dents ? Étaient-ils attachés aux os de la mâchoire ? Étaient-ils versés, et si oui, comment? Et où les nouvelles dents ont-elles été ajoutées ?

Pour répondre à ces questions, l'équipe de chercheurs suédois, la République tchèque, La France et le Royaume-Uni se sont tournés vers les acanthoracides, un premier groupe de poissons étroitement lié aux tout premiers vertébrés à mâchoires. Le problème avec les acanthothoracides est que leurs fossiles sont rares et toujours incomplets. Les plus beaux d'entre eux proviennent du bassin de Prague en République tchèque, des roches qui ont un peu plus de 400 millions d'années, et ont été recueillies au tournant du siècle dernier. Ils se sont avérés difficiles à étudier par les techniques conventionnelles car les os ne peuvent pas être libérés de la roche encaissante, et ils n'ont donc jamais été étudiés en détail.

Une nouvelle technique d'imagerie, microtomographie synchrotron, est en train de révolutionner l'étude de ces fossiles précieux et difficiles. En utilisant les rayons X intensément brillants et de type laser émis par des électrons accélérés à près de la vitesse de la lumière, cette technique permet aux chercheurs de visualiser la structure interne des fossiles en trois dimensions sans les endommager. La principale installation au monde pour une telle imagerie est l'installation européenne de rayonnement synchrotron, (ESRF), à Grenoble, La France.

"Notre équipe a décidé de travailler avec l'ESRF pour appliquer cette technique aux têtes d'acanthoracides du bassin de Prague, sachant que c'était le seul moyen de révéler leur anatomie complexe, " dit Valéria Vaškaninová, auteur principal de l'étude. "Les résultats étaient vraiment remarquables, y compris des dentitions bien conservées auxquelles personne ne s'attendait."

Des scans de suivi à une résolution plus élevée ont permis aux chercheurs de visualiser le schéma de croissance et même les espaces cellulaires parfaitement préservés à l'intérieur de la dentine de ces dents anciennes.

Les dentitions acanthoracides sont attachées aux os de la mâchoire, indiquant que les poissons osseux et les animaux terrestres conservent la condition ancestrale à cet égard, tandis que les requins sont spécialisés dans le fait d'avoir des dents qui ne sont attachées qu'à la peau, contrairement à la perception commune selon laquelle les requins sont des vertébrés vivants primitifs. Cependant, les acanthoracides ne perdent pas leurs dents. Cela suggère que les différents styles d'excrétion des dents ont évolué indépendamment d'un ancêtre sans excrétion.

Comme les requins, poissons osseux et animaux terrestres, les acanthoracides n'ont ajouté de nouvelles dents qu'à l'intérieur; les dents les plus anciennes étaient situées juste au bord de la mâchoire à l'intérieur des lèvres. Cela contraste avec un autre groupe de poissons primitif, les arthrodires, dans lequel de nouvelles dents pourraient également être ajoutées à l'extérieur. Les os porteurs des dents des acanthoracides portent également de petits éléments de dentine de la peau sur leurs surfaces externes, une caractéristique partagée avec les poissons osseux primitifs mais pas avec les arthrodires. Cela montre que les os de la mâchoire acanthoracides étaient situés juste au bord de la bouche, comme ceux des poissons osseux, tandis que les os de la mâchoire arthrodire se situent plus loin. Un acanthoracide (Kosoraspis) montre une transition progressive de ces éléments de la dentine aux dents voisines, tandis qu'un autre (Radotina) a des dents presque identiques aux éléments de la dentine de la peau. Cela suggère que les dents n'avaient évolué que récemment à partir d'éléments de dentine sur la peau.

"Ces découvertes changent toute notre compréhension de l'origine des dents, " dit le co-auteur Per Ahlberg. " Même si les acanthoracides sont parmi les plus primitifs de tous les vertébrés à mâchoires, leurs dents ressemblent à certains égards beaucoup plus aux dents modernes qu'aux dentitions arthrodire. Leurs mâchoires ressemblent à celles des poissons osseux et semblent être directement ancestrales aux nôtres. Quand tu souris au miroir de la salle de bain le matin, les dents qui vous sourient peuvent retracer leurs origines jusqu'aux premiers vertébrés à mâchoires."