Glazuurstructuur

Tandglazuur is het hardste materiaal dat in het dierenrijk wordt geproduceerd. Ratten zijn in staat om koperdraad door te knagen, muizen weten al knagend een kersenpitje open te krijgen en hyena's kunnen met hun gebit een groot bot van een dode gnoe kapot bijten. Tanden en kiezen moeten dus in staat zijn om grote krachten te weerstaan en hebben daartoe een inwendige structuur die dat toestaat. Pas de laatste jaren is die inwendige structuur ontrafeld, vooral door de inspanning van een aantal paleontologen. Veel werk in dit opzicht is geleverd door Wighart von Koenigswald, die als hoogleraar is verbonden aan het Institut für Paläontologie van de universiteit van Bonn. Von Koenigswald is ook een van de redacteuren van het boek Tooth Enamel Microstructure waarin de tot nu toe verzamelde kennis op overzichtelijke wijze is gebundeld.

Tanden bestaan primair uit twee materialen: het tandbeen of dentine, een botachtig weefsel dat de wortels en de kern van de tandkroon vormt, en het glazuur, een kap die de tandkroon aan de buitenkant bedekt. Het is het glazuur dat direct in aanraking komt met de buitenwereld, met het voedsel en al het andere dat mens en dier in de bek krijgen. Het moet dus niet alleen hard zijn, maar ook in staat om optredende krachten op adequate wijze op te vangen, en het moet slijtagebestendig zijn. Om dat te bereiken beschikken zoogdiertanden over glazuur dat een microscopische opbouw heeft van langgerekte kristalbundels, prisma's geheten. De prisma's hebben een richting en een samenpakking die per diersoort specifiek is en die in relatie staat tot de uitgeoefende krachten. Net zoals de botbalkjes in een dijbeen, of de luchtbogen van een gotische kathedraal, zijn de glazuurprisma's meestal georiënteerd in de richting van de op het gebit uitgeoefende druk, of op een zodanige wijze dat er zo weinig mogelijk slijtage optreedt.

Prisma's worden geproduceerd door cellen, ameloblasten, die zich in de zich ontwikkelende tand op het grensvlak van dentine en glazuur bevinden. Ameloblasten zijn langgerekte cellen, die aan hun topje eiwitten afscheiden, amelogeninen, die in staat zijn om apatietkristallen te laten vormen en om die kristallen te oriënteren in de gewenste prismabundels. Uit experimenten waarbij de werking van het amelogenine werd onderdrukt is gebleken dat de vorming en de oriëntatie van de apatietkristallen werd geremd. Veel meer is er over het wonderlijke proces van de kristalvorming niet bekend. Er spelen waarschijnlijk nog andere eiwitten, waarvan restanten in het glazuur kunnen worden aangetoond, een rol bij.

De ameloblasten beginnen met de kristalvorming en de bouw van de prisma's zodra bij de embryonale tand het glazuur wordt gevormd, en ze gaan ermee door tot de glazuurkap gereed is. De prisma's groeien als het ware uit de ameloblasten zoals een streng tandpasta uit een tube die langzaam wordt leeggeknepen. De prisma's kunnen dus worden beschouwd als het spoor dat de ameloblasten tijdens hun korte actieve bestaan achterlaten. Dit kristallen spoor vertoont bochten en kronkels die uiteindelijk met z'n allen de typerende prismastructuur opleveren, een structuur waarvoor de literatuur bij gebrek aan een Angelsaksische term het woord `Schmelzmuster' gebruikt. Glazuurstructuur zou een goede Nederlandse vertaling zijn.

In de glazuurstructuur, de vaak bizarre en per diersoort of -geslacht verschillende oriëntatie van de prisma's, schuilt het grootste raadsel van dit specialistische vakgebied. De prisma's, soms alleen, soms gerangschikt in dunne of dikke lagen, vormen ingewikkelde patronen, waarbij ze onderling kruisen, van richting veranderen, of naar naastgelegen lagen overstappen. Wat ze nimmer doen is splitsen of samensmelten, een constatering die overeenkomt met het tandpasta-en-tubemodel. Dit model, waarbij de glazuurvormende laag ameloblasten gezien kan worden als een hoeveelheid naast elkaar staande tubes die allemaal tegelijkertijd hun pasta (= kristalprisma's) vormen, schiet tekort bij het fenomeen van de elkaar kruisende prisma's. In dat geval zouden de tubes onderling moeten kunnen bewegen, van plaats ruilen, om elkaar heendraaien, zoals – om weer een vergelijking te gebruiken – de klosjes van een kantkloster.

En zo wordt in het boek inderdaad de glazuurvorming voorgesteld: de microscopische structuur van het tandglazuur, zo schrijven de auteurs, is een permanente en nauwkeurige afspiegeling van de onderlinge bewegingen van de ameloblasten. Er wordt dus met tubes tandpasta gekantklost! Tot zover is alles nog wel duidelijk, maar het hoe en waarom van dit bizarre fenomeen is nog onopgehelderd.

Wat het boek biedt is vaak van een verbluffende schoonheid. Het staat vol foto's van glazuurstructuren, waarbij de prisma's als dikke strengen door het beeld lopen. Ze zijn in dikkere of dunnere lagen gegroepeerd, soms liggen ze als losse prisma's ingebed in een amorfe matrix.

In veel gevallen liggen de prisma's gerangschikt in dikke lagen die elkaar qua looprichting afwisselen. Hierdoor ontstaat, bij de juiste belichting, een afwisseling van lichte en donkere banden. Het is déze bandering die de Engelsman Hunter al in 1778 opviel, en zijn Duitse collega Schreger onafhankelijk daarvan in 1800. Hun respectievelijke publicaties `The Natural History of the Human Teeth' en `Beitrag zur Geschichte der Zähne' legden de basis voor een buitengewoon interessante, zeer specialistische wetenschap. Hun namen worden geëerd in de term die tegenwoordig gehanteerd wordt voor de glazuurstructuur met de licht-en-donkere bandering: Hunter-Schreger-banden, of HSB. Hunter en Schreger konden niet bevroeden dat wat zij observeerden het resultaat is van een genetisch vastgelegde maar nog onbegrepen rondedans van de ameloblasten.

Tooth Enamel Microstructure. Onder redactie van Wighart von Koenigswald en P. Martin Sander. Uitg. A.A. Balkema, Rotterdam, 280 pp., ISBN 90-5410-667-0.

    • Jelle Reumer