Structure and chemical composition of dental enamel in modern and fossil terrestrial vertebrates

Os tecidos mineralizados dos vertebrados são a principal testemunha da existência de espécies extintas ao longo do tempo profundo. Por sua preservação no registro fóssil, são importantes para o estudo histórico da biodiversidade e dos diferentes ambientes da Terra. Dentre esses tecidos, o esmalte dentário é o que melhor se preserva, devido à hipermineralização quando comparado aos outros tecidos dentários e ossos. No entendo, pouco se sabe sobre as relações entre as características morfológicas e químicas (mineral e orgânica) do esmalte, assim como as mudanças que podem ocorrer neste tecido ao longo de milhões de anos. Um novo campo de estudo, denominado paleoproteômica têm crescido e contribuído na compreensão da biodiversidade pretérita, pela recuperação de proteínas antigas de diversas idades, ambientes e tecidos. Neste sentido, este estudo tem como objetivo descrever e comparar as características morfológicas e composição química do esmalte de espécies extintas e atuais de Amniota. Contatou-se, por análise de espectroscopia de Raio-X (MEV-EDS), que ambos esmalte fóssil e recente são constituídos dos mesmos macroelementos: 36,7% Cálcio, 17,2% Fósforo e 41% Oxigênio, composição característica da hidroxiapatita, o biomineral dos vertebrados. Vinte e sete (27) elementos químicos foram medidos por espectrometria de massas com fonte de plasma (ICP-MS) no esmalte superficial dos mesmos dentes. O Zinco foi o elemento mais abundante, seguido de Chumbo, Ferro, Magnésio e Alumínio. As medidas de conteúdo orgânico, mineral e de água foram obtidas a partir de cortes histológicos dos dentes das 4 espécies analisadas, submetidos à microrradiografia e análise de birrefringência a partir de microscopia de luz polarizada. Obteve-se medidas de volume de matéria orgânica muito maiores do que era previamente esperado (chegando a 49%). Foram analisadas amostras superficiais de esmalte por espectrometria de massas (LC-MS/MS) e ferramentas proteômicas a fim de recuperar e identificar as proteínas de esmalte nos espécimes estudados. Nas amostras atuais foram identificadas proteínas típicas do esmalte. Nas amostras fósseis, apenas um peptídeo de esmalte foi recuperado para Purussaurus sp. em apenas uma réplica de amostra da análise. Os resultados mostram que todas as principais características químicas (inorgânicas) e morfológicas do esmalte dentário se preservaram ao longo do tempo (8,5 a 10 Ma.) em ambos os grupos. Outros estudos precisam ser feitos visando otimizar a recuperação de moléculas orgânicas. Também foi descrita a estrutura do esmalte de 9 espécies de Mammalia e 3 espécies de Alligatoridae, com a descrição de esmalte semiprismático para Purussaurus sp, sendo a segunda descrição para uma espécie de Diapsida, que possui esmalte aprismático, tipicamente. Este estudo encontrou e descreveu uma grande variação da microstrutura do esmalte dentário entre as ordens de Mammalia, nos diferentes níveis de complexidade deste tecido.The dental enamel is the most mineralized tissue of vertebrates, and its preservation in fossil records is important to better understand ancient life and the environment on Earth. However, the association of morphological features with this tissue\'s mineral and organic information still needs to be better understood. This study aims to compare morphological features and chemical composition of dental enamel of extinct and extant species of alligators and rodents. Semiprismatic enamel was observed in the alligator fossil. The fossilized enamel was in an excellent state for microscopic analyses. It is observed that both modern and fossil enamel exhibit the same major constituents: 36.7% calcium, 17.2% phosphorus, and 41% oxygen, characteristic of hydroxyapatite, the biomineral of vertebrates. Twenty-seven microelements were measured from superficial enamel. Zinc was the most abundant microelement, followed by lead, iron, magnesium, and aluminum. Organic, mineral, and water content were obtained on ground sections of four teeth, resulting in a higher organic volume than previously expected (up to 49%). Proteomic results recovered peptides from different enamel proteins in modern samples, and regarding the fossil samples one enamel peptide was recovered from Purussaurus sp. Results show that all major dental enamels physical, chemical, and morphological features are present both in extant and extinct fossil tooth enamel (>8.5 Ma) in both taxa