home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ The California Collection / TheCaliforniaCollection.cdr / his065 / fostooth.arj / FOSTOOTH.DOC
Text File  |  1991-01-13  |  14KB  |  256 lines

  1.  
  2.    AN INFORMAL REPORT ON A SCANNING ELECTRON MICROSCOPE STUDY
  3.    OF A HUMAN-LIKE INCISOR FROM CRETACEOUS STRATA IN GLEN ROSE
  4.  
  5.                      David N. Menton, Ph.D.
  6.                   St.Louis, MO  September 1987
  7.  
  8.  
  9.       A  recently  discovered glossy black fossil  tooth  in  the  
  10. cretaceous strata near Glen Rose Texas called FSCM bears striking 
  11. resemblance  to a human central maxillary incisor.   If this were 
  12. found to actually be a correct identification for this tooth,  it 
  13. would  be  difficult  to  reconcile  with  current   evolutionary 
  14. scenarios   for  hominid  evolution.    Paleontologists  at   the 
  15. Smithsonian  Institute were understandably critical of the  human 
  16. status  of the fossil tooth and concluded after examination  that 
  17. it  was  a  tooth  from a class of fossil ganoid  fish  known  as 
  18. pycnodonts,  possibly Sargodon.   Several practicing dentists, on 
  19. the other hand, have concluded on the basis of a gross anatomical 
  20. and  stereo microscopical examination of the fossil that it  does 
  21. indeed bear resemblance to a cross fractured anatomical crown  of 
  22. a human deciduous central incisor.
  23.  
  24.      The  fossil  was  loaned  to  me  for  three  weeks  for  my 
  25. evaluation  by its discoverer Dr.  Carl Baugh of Glen Rose Texas.  
  26. I am a histologist and not qualified to identify the species of a 
  27. tooth on the basis of its gross morphology.   I understand that I 
  28. was approached by Dr.  Baugh because he believed that I would  be 
  29. unbiased  in  seeking an identification of the  tooth.   I  first 
  30. showed  the tooth to a dental histologist who concurred with  the 
  31. opinion  of  other  dentists that the tooth grossly  resembles  a 
  32. human  deciduous  maxillary  incisor  though  he  felt  that  the 
  33. curvature  of  the cingulum was unusually prominent  compared  to 
  34. that of most human teeth.   I then showed the tooth to Dr.  Frank 
  35. Winter a physiologist and paleontologist at Washington University 
  36. School of Dental Medicine who in addition to his familiarity with 
  37. human  teeth  has  a particular interest  in  fossil  fish  teeth 
  38. (Bradyodonts).  Dr. Winter was given no advance information about 
  39. the tooth other than that it was believed to be a fossil.  Winter 
  40. noticed  the  black  translucent color and  architecture  of  the 
  41. "enamel" and suggested that it was probably a modified dentine or 
  42. durodentine  of a type found on the surface of the crown of  fish 
  43. teeth.   He  concluded  that  the  morphology of  the  tooth  was 
  44. consistent  with the marginal incisorform teeth of  certain  fish 
  45. (both  living  and  fossil) which are  specialized  for  crushing 
  46. shelled  invertebrates or coral but suggested no specific  taxon.  
  47. According  to  Winter,  most paleoichtheologists  largely  ignore 
  48. teeth  in  their  descriptions and classification of  fish  which 
  49. might  make  classification of FSCM difficult.   Winter  made  no 
  50. comment  regarding the specimens human appearance until  I  asked 
  51. whether  it  might possibly be human.   He replied that this  was 
  52. very unlikely but that if a ground section of the tooth could  be 
  53. examined  in the polarization microscope its relationship to fish 
  54. or man could be more accurately evaluated.   This would obviously 
  55. be a destructive procedure and as of now, permission has not been 
  56. granted to do this.
  57.  
  58.      I  was  given  permission  by  Dr.  Baugh  to  engage  in  a 
  59. relatively noninvasive examination of the surface microtopography 
  60. of his fossil in an effort to ascertain whether it is  consistent 
  61. with  a  human tooth.   My specific interest was to  examine  the 
  62. tooth  in the scanning electron microscope (SEM) for the presence 
  63. of  enamel prisms which are found in nearly all mammals  and  are 
  64. relatively  distinctive  for  a group  including  man,  primates, 
  65. carnivores and some rodents.  I felt that the presence or absence 
  66. of enamel prisms in the fossil could at least confirm whether  it 
  67. is  likely to be mammalian or not.   Since the enamel of teeth is 
  68. easily the hardest biological tissue known,  it seemed reasonable 
  69. to  expect  that  it  would be  preserved  in  the  fossil.   The 
  70. stability  of  enamel prisms has been confirmed in  fossil  teeth 
  71. from a wide range of putative ages.
  72.  
  73.      Closely packed "key hole" shaped enamel prisms (as they  are 
  74. viewed  on  end at the tooth crown surface) are one of  the  most 
  75. distinctive  features of mammalian teeth and are found in only  a 
  76. few  other vertebrates including a few reptiles (both living  and 
  77. fossil  but  interestingly,  not in the "mammal-like"  reptiles).  
  78. Enamel  prisms  are comprised of  many  organized  hydroxyapatite 
  79. crystals.    Each  prism  measures  approximately  5  microns  in 
  80. diameter  and  extends in length through the entire thickness  of 
  81. the enamel following a rather sinuous course.   In other  classes 
  82. of  vertebrates  such  as  bony fish,  the  enamel  or  enameloid 
  83. material,   where  present,   is  not  prismatic  but  rather  is  
  84. comprised  of  large hydroxyapatite crystals that  are  uniformly 
  85. arranged near the surface of the tooth and are often more  random 
  86. in architecture in the deeper tissue.   Pycnodont teeth are known 
  87. to  lack enamel on or near their incisal surface and instead have 
  88. a  superficial  layer of modified dentine (Peyer 1968)  which  is 
  89. both  apatitic  and  fibrous and  thus  should  be  distinctively 
  90. different in its appearance than enamel.
  91.  
  92.      Since  FSCM  is said to closely resemble a  human  deciduous 
  93. maxillary  central  incisor  by  dentists  and  to  resemble  the 
  94. incisorform   marginal  teeth  of  a  fish  like  a  Sargodon  by 
  95. paleontologists,  the  purpose of this study was to  compare  the 
  96. fine  structure of the superficial hard tissue of FSCM with  that 
  97. of  an appropriate tooth from both man and fish.   An incisorform 
  98. tooth  from  a sheepshead fish of the genus Sargus was  used  for 
  99. comparison  as no fossil tooth of Sargodon was  available.   This 
  100. seemed  useful,  none the less,  as Sargodon was named after  the 
  101. living  genus Sargus because of the similarity of both the  gross 
  102. and histological structure of its teeth.   No attempt was made to 
  103. actually classify the taxon of FSCM but merely to see whether the 
  104. enamel of FSCM is more like that of Homo or Sargus.
  105.  
  106.  
  107. Preparation of tooth specimens for scanning electron microscopy:
  108.  
  109.      The specimens examined in this study consisted of the fossil 
  110. tooth  FSCM found in cretaceous strata near Glen  Rose  Texas,  a 
  111. modern  deciduous human maxillary central incisor (not a  fossil) 
  112. and  an incisorform fish tooth from the living genus Sargus known 
  113. as  a  salt water sheepshead (courtesy of  Dr.  Frank  Winter  of 
  114. Washington University School of Dental Medicine).   All specimens 
  115. were  etched  in  2% hydrochloric acid for 2 minutes  except  the 
  116. Sargus tooth was etched for 1 minute.   The tooth fossil was also 
  117. scrubbed  on its incisal surface with a cotton applicator  dipped 
  118. in  toluene  prior  to etching in an effort  to  remove  a  heavy 
  119. acrylic  coating and was lightly ground on a small portion of its 
  120. incisal  surface with a fine carborundum  cloth.   All  specimens 
  121. were  then  glued  to specimen studs and stored in  a  desicator.  
  122. Prior  to examination in the scanning electron  microscope  (SEM) 
  123. each  specimen was lightly ion etched for 30 seconds at 5 amps in 
  124. a  Denton  Desk-1  triode  sputter unit  to  remove  any  surface 
  125. volatiles  followed  by  a sputter coating  of  approximately  30 
  126. angstroms  of gold to produce an electrical  conductive  surface.  
  127. The  specimens  were  examined  in  a Philips  501  SEM  and  all 
  128. photographs were taken on Polaroid type 52 directpositive film at 
  129. a magnification of 1,250 X.   All specimens were photographed  on 
  130. or  near the incisal surface at an angle of about 40{o} as viewed 
  131. from the medial surface of the tooth,  the labial surface of  the 
  132. tooth  is in each case to the left of the photographed field  and 
  133. the lingual surface to the right.
  134.  
  135. Observations:
  136.  
  137. Figure 1250/10   Human maxillary central incisor (deciduous)-
  138. The  incisal  surface  seen here reveals a mosaic field  of  "key 
  139. hole"  shaped  enamel  prisms measuring about  5  micrometers  in 
  140. diameter  (note  10 micrometer bars at  bottom  of  photo).   The 
  141. prisms  are  separated  by a more  deeply  etched  interprismatic 
  142. region.   The  prisms  have the staggered arrangement typical  of 
  143. human  teeth  near the enamel surface.   The  enamel  prisms  are 
  144. comprised  of  hydroxyapatite  crystals which  measure  about  40 
  145. nanometers  in  width and over 150 nanometers in length  and  are 
  146. below the resolution of these micrographs.   X 1,250,   Bars = 10 
  147. micrometers
  148.  
  149. Figure 1251/10    Fossil tooth FSCM -
  150. No  trace  of a mosaic appearance or enamel prisms are  found  in 
  151. this  specimen.   The tooth appears to be comprised of randomized 
  152. apatitic  crystals  and  fibrous  elements,   possibly   collagen 
  153. fibrils.   This  is  consistent  with the modified  dentine  that 
  154. covers  much  of the crown of pycnodonts  such  as  Sargodon.   X 
  155. 1,250,  Bars = 10 micrometers
  156.  
  157. Figure 1252/10    Fossil tooth FSCM -
  158. This  is  from an area that was lightly ground  with  carborundum 
  159. cloth.   The architecture here is not greatly different from that 
  160. of  the  previous  photo.   Neither  of these  photos  bears  any 
  161. resemblance to that of the human enamel in figure 1250/10  above.  
  162. X 1,250,  Bars = 10 micrometers
  163.  
  164. Figure 1259/10   Tooth from sheepshead,  Sargus (species unknown)
  165. The  woven and apparently fibrous nature of this modified dentine 
  166. is  similar  to that of the fossil tooth  FSCM  (though  somewhat 
  167. coarser  in appearance) but quite unlike that of the human tooth.  
  168. This  field  is  on the labial surface adjacent  to  the  incisal 
  169. surface.  X 1,250,  Bars = 10 micrometers
  170.  
  171.  
  172. Conclusions:
  173.  
  174.      The lack of enamel prisms in FSCM does not support the human 
  175. status  of this fossil tooth but neither does it give us a  clear 
  176. indication  of its specific taxon.   It is highly  unlikely  that 
  177. FSCM  had  a  prismatic  enamel architecture in  life  which  was 
  178. subsequently  lost  by the fossilization process in view  of  the 
  179. hardness  of  enamel crystals and the excellent  preservation  of 
  180. detailed  morphology in the fossil specimen.   Gantt  (1982)  has 
  181. described   enamel  as  the  "only  tissue  which  is   virtually 
  182. fossilized  before  death."   The  architecture  of  the  incisal 
  183. surface  hard tissue of FSCM has a woven fibrous appearance  like 
  184. that  of  Sargus but the latter is of a  coarser  structure.   It 
  185. should  be  emphasized  that whereas enamel  is  almost  entirely 
  186. mineral in structure, dentine has a significant organic component 
  187. much  of  which  is the fibrous protein  collagen.   The  fibrous 
  188. component of FSCM then is entirely incompatible with true  enamel 
  189. quite apart from its lack of enamel prisms.
  190.  
  191.      While  these  observations seem to exclude  the  possibility 
  192. that  FSCM is human they do not necessarily allow us to  conclude 
  193. with  complete  confidence that it is a pycnodont  fish.   Still, 
  194. other than among certain fish,  there are no other teeth found in 
  195. nature  that  are  so similar in gross morphology  to  the  human 
  196. incisor  and yet have modified dentine on their incisal  surface.  
  197. The  "enamel"  (modified dentine?) of FSCM  while  not  virtually 
  198. identical  to  Sargus is similar in several important   respects.  
  199. It  would,  of  course,  be  interesting to examine  one  of  the 
  200. existing fossil marginal teeth of Sargodon itself in the SEM  but 
  201. to  my  knowledge  this  has never  been  done.   The  cretaceous 
  202. formation  in  GlenRose is believed to be marine and  this  would 
  203. further support the possibility of this specimen being the  tooth 
  204. of a ganoid fish.  Moreover, if FSCM is a fish, there should be a 
  205. high  probability of finding more specimens which would permit  a 
  206. more destructive analysis of its chemistry and microarchitecture.  
  207. Human deciduous teeth, on the other hand, are literally temporary 
  208. teeth as anyone knows who has tried to save one for any number of 
  209. years, and thus are rarely found as fossils.
  210.  
  211.      Finally,  the  marginal  (incisor-like tooth) of the  fossil 
  212. fish  Sargodon  tomicus  has  been  studied  in  some  detail  by 
  213. Plieninger  (see Payer 1937).   The marginal tooth shown in  text 
  214. figure 25 of this book bears a striking similarity to FSCM.  More 
  215. importantly,  Plieninger's description (in German) provides  some 
  216. very interesting observations.  Plieninger describes the tooth as 
  217. being comprised of two distinct parts,  a mat surfaced base and a 
  218. glossy  black  (!) crown.   He commented that the crown is  often 
  219. fractured from the base in fossil specimens.  He even stated that 
  220. the  crown  of  the tooth has a strong similarity  to  the  upper 
  221. deciduous  incisor  of  man!   He also described  facets  on  the 
  222. lingual surface of the teeth near the incisal edge but these were 
  223. more punctuate in his specimen.
  224.  
  225.      I  must conclude that it is now inappropriate to claim  that 
  226. fossil FSCM is a human incisor.  It is an unusual and interesting 
  227. specimen  and  merits  further  study  as  to  the  organism   it 
  228. represents.
  229.  
  230. References cited:
  231.  
  232. Gantt, David G., 1982 Neogene Hominoid evolution A tooth's inside 
  233. view.   In:Teeth:  Form,  Function,  and Evolution,  Bjorn Kurten 
  234. editor,  Columbia University Press,  New York pp 95-107
  235.  
  236. Peyer,  Bernhard,  1937,  Die Triasfauna der Tessiner  Kalkalpen, 
  237. Kommissionsverlag von E. Birkhauser & Cie, Basel pp 29-33.
  238.  
  239. Peyer,  Bernhard, 1968, Comparative Odontology, The University of 
  240. Chicago Press, Chicago.
  241.  
  242.  
  243.                 ***************************************
  244.  
  245.                        This file originates from:
  246.  
  247.                   Origins Talk RBBS  *  (314) 821-1078
  248.  
  249.                 Missouri Association for Creation, Inc.
  250.                        405 North Sappington Road
  251.                         Glendale, MO  63122-4729
  252.                              (314) 821-1234
  253.  
  254.               Also call: Students for Origins Research CREVO BBS
  255.                                 (719) 528-1363
  256.