Entstehung und Musterbildung von Macro- und Microwear auf menschlichem Zahnschmelz. Diachrone Untersuchung vom Mesolithikum bis in das frühe Mittelalter im Süddeutschen Raum, sowie unter Simulationsbedingungen

Abstract

The aim of the study was to analyse the wear (macrowear) and the electronmicroscopical features (dental microwear) on human dental enamel. The macro- and microwear were qualitatively and quantitatively characterized and statistically analysed. As a consequence of different dietary behaviour of pre- and historical human groups a variety of patterns of features should be expected. The survey is organized in two parts, the first describes two experimental simulation devices and the second describes and quantifies real dental wear and microwear features on the surfaces of teeth from mesolithic to early medieval individuals of different human groups originating from southern Germany. The two simulations (ACTA, Kaukraftsimulator MUC III) were realized under standardized conditions according to the procedures in dental medicine and dental anthropology. The progress of abrasion was determined by the velocity and the total amount of wear and the development of microwear features and patterns. In comparison to the ACTA-samples, on samples simulated by the Kaukraftsimulator an increasing evidence of stress was indicated by multiple fissures and cracks, and microscopically irregularities of the surfaces. Similar signs of overload were scarcely detectable on natural teeth. The simulation procedures were associated with some specific microwear features but did not reflect the complexity of natural chewing procedures in elaborate microwear patterns. The acting forces in direction and space also according to the physical properties of the diet, which would be expressed on microwear, could only have been constructed as a model. One important factor was the methodological restriction of elastic absorption and of the supporting force of compensation, which are physiologically realized by the chewing apparatus. One second factor was the continuing change of food intake during natural consumption which was not achieved during the simulation. The results of real complex microwear give evidence that features and patterns of features of different human groups are distinguishable. Molars of human groups, in certain cases also of individuals, can be differentiated in time and location. The instant record of the abrasion process presents an individual balance between the continuing development and erasion of features, which reflects the dietary behaviour. Selected features and their patterns are illustrated in a catalogue included to serve as a reference. The possibilities as well as the restrictions of the methods which were used are illustrated. Particularly the Dental Microwear Analysis (DMA) offers good potential to support dental medicinal science in preservation of dental health as well as to support the food industry in the development of modern food and its physical effect on the surface of teeth. Within the scope of aspects concerning the evolution of dietary behaviour of fossil animals including primates the DMA is already established to the methodological equipment.Ziel der Arbeit war, die Zahnabtragung (Macrowear) und die rasterelektronenmikroskopisch sichtbaren Mikroläsionen (Microwear) auf natürlichem menschlichem Zahnschmelz zu untersuchen, und diese qualitativ und quantitativ zu charakterisieren. Im Vergleich sollte überprüft werden, inwiefern die Ergebnisse eine differenzierte Aussage über Ursachen von Mikroläsionen zulassen und inwiefern die Ausprägung der Macro- und Microwear Rückschlüsse auf ein unterschiedliches Nahrungsverhalten menschlicher Gruppen ermöglichen. Die Untersuchungen gliedern sich in eine experimentelle Simulation und in eine Beschreibung und Quantifizierung von Merkmalen auf den Zahnoberflächen prä- und historischer Individuen unterschiedlicher Gruppen des Süddeutschen Raumes. Unter Standardbedingungen wurde die Zahnschmelzabtragung durch das „Kauen“ von Getreidebrei unter Anwendung von zwei Methoden aus der experimentellen Zahnmedizin und der Dentalanthropologie simuliert (ACTA, Kaukraftsimulator MUC III). Der Verlauf des Abtragungsvorganges wurde charakterisiert durch die Abtragungsgeschwindigkeit, die absolute Abtragung und die Entstehung und die Musterbildung dentaler Microwear. Im Vergleich der ACTA-Proben traten an den „bekauten“ Zahnproben im Kaukraftsimulator multiple Risse, Aussprengungen und mikroskopische Oberflächenunregel-mäßigkeiten deutlich vermehrt auf. Auf den historischen Zahnoberflächen wurden selten ähnliche Anzeichen von Zahnschmelzüberlastungen nachgewiesen. Die Komplexität des natürlichen Kauvorganges war nicht vollständig mit den beschriebenen Simulationsmethoden nachvollziehbar. Es konnten auf den simulierten Proben einzelne Microwear-Merkmale, aber keine komplexen Microwear-Muster erzeugt werden. Insbesondere die wirkenden Kräfte in ihrer Richtung und räumlichen Ausdehnung, mit welcher Mikroläsionen aufgrund harter oder abrasiv wirkender Nahrungsmittel entstehen, können nur modellhaft festgelegt werden. Einen wichtigen Faktor hierbei stellt die methodische Einschränkung in der elastischen Abfederung und unterstützenden Kraftkompensation dar, welche durch den Kauapparat beim natürlichen Kauvorgang ermöglicht wird. Ein weiterer Faktor ist die fortlaufende Erneuerung des Nahrungsbolus beim natürlichen Verzehr von Nahrung. Die Analyse der prä- und historischen real komplexen Merkmale zeigte, dass dentale Macro- und Microwear-Muster von menschlichen Gruppen aus dem süddeutschen Raum vom Mesolithikum bis in das frühe Mittelalter darstellbar und differenzierbar sind. Die Momentaufnahme des kontinuierlich stattfindenden Prozesses stellt ein individuelles Gleichgewicht zwischen Bildung und Auslöschung von Merkmalen dar, welches das Verhalten bei der Nahrungsaufnahme widerspiegelt. Die in Katalogform abgebildeten Einzelmerkmale und Muster können sowohl für historische als auch simulierte Microwear-Muster als Referenz dienen. Die vorliegende Arbeit zeigt sowohl die Möglichkeiten als auch die Grenzen der angewandten Methoden auf. Die Methode der DMA (Dentale Microwear Analyse) kann für die zahnmedizinische Forschung, insbesondere auf dem Gebiet der Zahnerhaltung, als auch der Entwicklung moderner Nahrungsmittel, durch den diagnostischen Zugang zu einer direkten Wirkung von Nahrungsmitteln auf natürliche Zahnsubstanzen eine große Bedeutung erlangen. Im Rahmen evolutionsbiologischer Fragestellungen in der Rekonstruktion der Ernährungsweise ausgestorbener Tierarten einschließlich der Primaten ist die Methode der DMA fester Bestandteil