Die Zahnfee funktioniert hier nicht: die Schmelzstruktur der Zähne von Krokodilen und ihren prähistorischen Vorfahren

Du gehst mit einem schwachen Licht in den Korridor, darin findest du mittellose Seelen, die von Schmerz und Leiden gequält werden. Aber sie werden hier nicht in Frieden sein, denn hinter jeder der Türen wird es noch mehr Qualen und Angst geben, die alle Zellen des Körpers und alle Gedanken füllen. Du kommst zu einer der Türen, hinter denen du ein höllisches Rasseln und Summen hörst und dich auf den Weg zu den Knochen machst. Wenn Sie die Reste des Mutes zu einer Faust zusammenfassen, strecken Sie entsetzt eine kalte Hand gegen den Türgriff, als plötzlich jemand hinter Ihnen Ihre Schulter berührt und Sie sich überrascht umdrehen. „Der Arzt wird in wenigen Minuten frei sein. Setzen Sie sich für eine Weile, wir rufen Sie an “, sagt Ihnen die sanfte Stimme der Krankenschwester. Anscheinend ist es genau das, was die Leute davon halten, zum Zahnarzt zu gehen, der diesen „Sadisten“ in weißen Kitteln äußerst negativ gegenübersteht. Aber heute werden wir nicht über Dentophobie sprechen, sondern über Krokodile. Ja, ja, es geht um sie und genauer um ihre Zähne, die keine zahnärztliche Behandlung benötigen.

Wissenschaftler der Universität von Missouri (USA) führten eine Studie über Krokodilzähne durch, die interessante Merkmale des Zahnschmelzes dieser makellosen Jäger zeigte, wobei sie sich nur auf ihre Kiefer stützten. Was Wissenschaftler herausgefunden haben, wie unterscheiden sich die Zähne moderner Krokodile von ihren prähistorischen Verwandten und wozu dient diese Studie? Dies erfahren wir aus dem Bericht der Forschungsgruppe.

Studienbasis

Bei den meisten Wirbeltieren sind Zähne ein wesentliches Merkmal für den Erhalt und den Verzehr von Nahrungsmitteln (Ameisenbären zählen nicht). Einige Raubtiere verlassen sich während der Jagd auf Geschwindigkeit (Geparden), andere auf das Kollektiv (Löwen), und für einige spielt die Stärke ihres Bisses eine große Rolle. Dies gilt auch für Krokodile, die sich auf ihre Opfer im Wasser einschleichen und sie mit ihren mächtigen Kiefern greifen. Um zu verhindern, dass das Opfer entkommt, muss der Griff stark sein, was sich in großen Belastungen der Knochenstruktur niederschlägt. Um den negativen Effekt ihrer starken Bisse auszugleichen, haben Krokodile einen sekundären Knochengaumen, der bewegungslos mit dem Schädel verbunden ist.


Eine visuelle Demonstration des Schließens und Öffnens des Kiefers eines Krokodils.

Eines der Hauptmerkmale von Krokodilzähnen ist ihr ständiger Ersatz durch neue, wenn alte abgenutzt sind. Tatsache ist, dass die Zähne von Krokodilen einer russischen Puppe ähneln, in der sich neue Zähne entwickeln. Ungefähr alle 2 Jahre wechselt jeder der Zähne im Kiefer zu einem neuen.


Beachten Sie, wie fest diese "Zahnfalle" schließt.

Krokodilzähne werden nach ihrer Form und entsprechenden Funktionalität in verschiedene Kategorien unterteilt. Am Anfang des Kiefers befinden sich 4 große Reißzähne, die benötigt werden, um Beute effektiv zu fangen. In der Mitte befinden sich dickere Zähne, die entlang des Kiefers zunehmen. Dieser Teil wird benötigt, um Beute zu schneiden. An der Basis dehnen sich die Zähne aus und werden flacher, wodurch Krokodile Muschelschalen und Schildkrötenschalen wie Samen beißen können.

Wie stark ist der Kiefer des Krokodils? Natürlich hängt es von seiner Größe und Art ab. Zum Beispiel wurde 2003 herausgefunden, dass ein 272 Pfund schwerer Mississippi-Alligator mit einer Kraft von 00 9500 N (N - Newton, 1 N = 1 kg · m / s2) beißt. Aber das 1308 Pfund schwere gekämmte Krokodil zeigte atemberaubende 34.500 N N.. Übrigens beträgt die absolute Stärke eines Bisses bei einer Person etwa 1498 N.

Die Stärke eines Bisses hängt weniger von den Zähnen als von den Kiefermuskeln ab. Bei Krokodilen sind diese Muskeln sehr dicht und es gibt viele. Es gibt jedoch einen starken Unterschied zwischen den sehr entwickelten Muskeln, die für das Schließen des Mundes verantwortlich sind (was eine solche Bisskraft ergibt), und den schwachen Muskeln, die für das Öffnen des Mundes verantwortlich sind. Dies erklärt, warum der geschlossene Mund des Krokodils mit einem einfachen Klebeband gehalten werden kann.


Zeig mir, wer dich einen kleinen Kerl genannt hat.

Aber der Kiefer von Krokodilen wird nicht nur für rücksichtslose Tötungen von Nahrungsmitteln benötigt, sondern auch für die Pflege ihrer Nachkommen. Krokodilweibchen übertragen ihre Jungen oft genau auf den Kiefer (es ist schwierig, einen sichereren Ort für sie zu finden, weil jeder, der sich entscheidet, dort zu klettern). Das Maul des Krokodils ist mit sehr empfindlichen Rezeptoren ausgestattet, dank derer sie die Stärke des Bisses regulieren können, wodurch sie die Beute besser halten oder die Kinder vorsichtig übertragen können.

Leider wachsen menschliche Zähne nicht nach, nachdem alte herausgefallen sind, aber Krokodile haben etwas gemeinsam - Zahnschmelz.


Bild Nr. 1: Caudal Mississippi Alligator Tooth (Alligator mississippiensis).

Zahnschmelz ist die äußere Hülle der Zahnkrone. Dies ist der stärkste Teil des menschlichen Körpers, wie viele andere Wirbeltiere. Wie wir jedoch wissen, ändern sich unsere Zähne nicht zu neuen, daher sollte unser Zahnschmelz dicker sein. Aber Krokodile haben abgenutzte Zähne gegen neue ausgetauscht, so dass kein dicker Zahnschmelz erforderlich ist. Es klingt ziemlich logisch, aber ist es wirklich so?

Wissenschaftler sagen, dass das Verständnis der Veränderungen des Zahnschmelzes innerhalb eines Taxons es ermöglichen wird, sich besser daran zu erinnern, wie sich die Struktur des Zahnschmelzes in Abhängigkeit von der Biomechanik und der Ernährung des Tieres ändert.

Krokodile, nämlich Alligator mississippiensis , eignen sich aus mehreren Gründen hervorragend für diese Studie. Erstens ändern sich ihre Zähne, ihre Bissfestigkeit und ihre Schmelzstruktur je nach Alter und Größe des Individuums, was auch auf eine Ernährungsumstellung zurückzuführen ist. Zweitens haben die Zähne von Krokodilen je nach Position im Kiefer eine unterschiedliche Morphologie.


Bild Nr. 2: a und b zeigen den Unterschied in den Zähnen zwischen großen und kleinen Individuen, c-e zeigen die Zähne der fossilen Vorfahren moderner Krokodile.

Die rostralen Zähne sind dünn und werden zum Fangen von Beute verwendet, während die kaudalen Zähne stumpf sind und zum Schleifen mit höheren Bisskräften verwendet werden. Mit anderen Worten, die Belastung des Zahns hängt von seiner Position im Kiefer und von der Größe des Besitzers dieses Kiefers ab.

Diese Studie präsentiert die Ergebnisse von Analysen und Messungen der absoluten Schmelzdicke (AET) und der standardisierten (relativen) Schmelzdicke (RET) der Krokodilzähne.

AET ist eine Schätzung des durchschnittlichen Abstands vom Schmelz-Dentin-Übergang zur Außenfläche des Schmelzes und eine lineare Messung. Und RET ist eine dimensionslose Größe, mit der Sie die relative Dicke des Zahnschmelzes in verschiedenen Maßstäben vergleichen können.

Die Wissenschaftler untersuchten AET und RET der rostralen (in der "Nase" des Kiefers), mittleren (in der Mitte der Reihe) und kaudalen (an der Basis des Kiefers) Zähne bei sieben Individuen der Alligator mississippiensis- Spezies.

Es ist auch wichtig zu beachten, dass die Struktur des Zahnschmelzes von der Ernährung des Einzelnen und der gesamten Art als Ganzes abhängen kann. Für Krokodile ist die Ernährung sehr umfangreich (was gefangen wird, ist das Mittagessen), aber sie unterscheidet sich von der ihrer Verwandten, die bereits ausgestorben sind. Um dies unter dem Gesichtspunkt des Zahnschmelzes zu testen, führten die Wissenschaftler eine AET- und RET-Analyse der Fossilien Protosuchidae (UCMP 97638), Iharkutosuchus (MTM VER 2018.837) und Allognathosuchus (YPM-PU 16989) durch. Protosuchidae ist ein Vertreter des Jura, Iharkutosuchus - Kreidezeit und Allognathosuchus aus dem Eozän.

Bevor die eigentlichen Messungen begannen, haben die Forscher mehrere theoretische Hypothesen erarbeitet und vorgeschlagen:

• Hypothese 1a - da AET ein lineares Maß ist und größenabhängig sein muss, wird angenommen, dass die Varianz in AET am besten durch die Größe des Schädels erklärt werden kann;
• Hypothese 1b - da RET in seiner Größe standardisiert ist, wird angenommen, dass die Varianz in RET am besten durch die Position des Zahns erklärt wird;
• Hypothese 2a - da AET und Schädellänge lineare Größenmaße sind, sollten sie mit einer isometrischen Steigung skalieren;
• Hypothese 2b - Da kaudale Zähne die größten Bisskräfte im Gebiss erfahren, ist die RET bei kaudalen Zähnen höher.

Die folgenden Tabellen zeigen Beispieldaten (Krokodilschädel der Alligator mississippiensis- Arten aus dem Rockefeller Nature Reserve in Grand Chenier, Louisiana, und Fossilien).


Tabelle 1: Scandaten von Krokodilzähnen (rostral, intermediär und kaudal).


Tabelle 2: Zahndaten (L _Schädel - Schädellänge, h _Kronen - Kronenhöhe, V _E - _{Schmelzvolumen} , V _D - _{Dentinvolumen} , SA _EDJ - Schmelz-Dentin-Grenzflächenbereich, AET - absolute Schmelzdicke, RET - relative Dicke Emaille).

Forschungsergebnisse

In Übereinstimmung mit den in Tabelle Nr. 2 dargestellten zahnärztlichen Daten kamen die Wissenschaftler zu dem Schluss, dass die Dicke des Zahnschmelzes unabhängig von der Position des Zahns isometrisch mit der Länge des Schädels skaliert wird.


Tabelle 3: AET- und RET-Werte in Abhängigkeit von Variablen.


Bild 3: AET / RET-Skalierung in Bezug auf die Länge des Schädels.

Gleichzeitig ist die Schmelzdicke bei Schwanzzähnen viel größer als bei anderen, dies hängt aber auch nicht von der Länge des Schädels ab.


Tabelle Nr. 4: Die durchschnittliche Schmelzdicke bei höheren Wirbeltieren (Crocodyliform - die Extrataxongruppe der Krokodile, Dinosaurier - Dinosaurier, Artiodactyl - Artiodactyls, Odontocete - die Unterordnung der Wale, Perissodactyl - Artiodactyls, Primaten - Primaten, Nagetiere - Nagetiere).


Bild Nr. 4: Die Schmelzdicke der Schwanzzähne ist größer als bei anderen.

Daten zur Skalierung (Tab. Nr. 3) bestätigten die Hypothese 1a und erklärten die Abhängigkeit des AET-Wertes von der Länge des Schädels und nicht von der Position des Zahns. Die RET-Werte hängen jedoch im Gegenteil von der Position des Zahns in der Reihe ab und nicht von der Länge des Schädels, was die Hypothese 1b bestätigt.

Die verbleibenden Hypothesen (2a und 2b) wurden ebenfalls bestätigt, was sich aus der Analyse der durchschnittlichen Dicke des Zahnschmelzes mit einer anderen Anordnung in einer Reihe ergibt.

Der Vergleich der Dicke des Zahnschmelzes im modernen Alligator aus Mississippi und seinen alten Vorfahren zeigte viele Gemeinsamkeiten, aber es gab Unterschiede. Allognathosuchus hat also eine Schmelzdicke von etwa 33% mehr als moderne Krokodile (Bild unten).


Bild Nr. 5: Vergleich der durchschnittlichen Schmelzdicke in Alligator- und Krokodilfossilien mit der Höhe der Zahnkrone.

Zusammenfassend kamen die Wissenschaftler zu dem Schluss, dass die Dicke des Zahnschmelzes sozusagen direkt von der Rolle der Zähne abhängt. Wenn diese Zähne zum Schleifen notwendig sind, ist ihr Zahnschmelz viel dicker. Es wurde zuvor festgestellt, dass der Druck (Kompressionskraft) der Schwanzzähne höher ist als der rostrale. Dies liegt genau an ihrer Rolle - Beute zu halten und Knochen zu zerquetschen. Ein dickerer Zahnschmelz verhindert somit Schäden an den Zähnen, die während der Ernährung einer maximalen Belastung ausgesetzt sind. Tatsächlich legen die Daten nahe, dass die Schwanzzähne von Krokodilen trotz schwerwiegender Belastungen viel seltener brechen.

Darüber hinaus wurde festgestellt, dass der Zahnschmelz in Allognathosuchus- Zähnen signifikant dicker ist als im Rest des untersuchten Krokodils. Es wird angenommen, dass diese fossile Art es vorzog, Schildkröten zu essen, und um ihre Muscheln zu zerdrücken, werden starke Zähne und dicker Zahnschmelz benötigt.

Die Wissenschaftler verglichen auch die Dicke des Zahnschmelzes von Krokodilen und einigen Dinosauriern mit dem entsprechenden geschätzten Gewicht und der Größe. Diese Analyse zeigte, dass der Krokodilemail dicker war (Diagramm unten).


Bild 6: Vergleich der Schmelzdicke von Krokodilen und Dinosauriern.

Es ist merkwürdig, dass der Zahnschmelz des Tyrannosaurus fast so dick war wie der des deutlich kleineren Allognathosuchus und sogar moderner Krokodile. Es ist logisch, dass die Zahnstruktur von Krokodilen durch ihre Gewohnheiten in Bezug auf Jagd und Ernährung erklärt wird.

Trotz seiner Aufzeichnungen ist der Zahnschmelz von Archosauriern (Krokodile, Dinosaurier, Flugsaurier usw.) dünner als der von Säugetieren.


Bild 7: Vergleich der Schmelzdicke (AET) von Krokodilen und einigen Säugetierarten.

Warum ist der Zahnschmelz von Jägern, die sich so stark auf ihre Kiefer verlassen, dünner als Säugetiere? Die Antwort auf diese Frage war am Anfang - der Ersatz abgenutzter Zähne durch neue. Obwohl Krokodile starke Zähne haben, benötigen sie sozusagen keine Hochleistungszähne, da immer ein neuer Zahn einen gebrochenen ersetzen wird. Säugetiere haben (größtenteils) kein solches Talent.


Bild 8: Vergleich der Schmelzdicke (RET) von Krokodilen und einigen Säugetierarten.

Genauer gesagt variiert die Schmelzdicke bei Archosauriern im Bereich von 0,01 bis 0,314 mm und bei Säugetieren von 0,08 bis 2,3 mm. Der Unterschied liegt, wie sie sagen, im Gesicht.

Um die Nuancen der Studie genauer kennenzulernen, empfehle ich Ihnen, den Bericht von Wissenschaftlern zu lesen.

Nachwort

Zähne, so seltsam es auch klingen mag, sind ein äußerst wichtiges Werkzeug bei der Extraktion von Nahrungsmitteln. Ja, eine moderne Person kann immer alle mit Zähnen verbundenen Defekte beheben, aber es gibt keine Zahnärzte unter den Vertretern der Wildtiere. Selbst eine Person wusste nicht immer, was Zahnbehandlung ist. Daher wählen einige Arten starke und haltbare Zähne, während andere es vorziehen, sie wie Handschuhe zu wechseln. Krokodile und ihre entfernten Verwandten können beiden Gruppen zugeordnet werden. Der Zahnschmelz, der notwendig ist, um die Extraktion und Quetschung von Knochen effektiv aufrechtzuerhalten, ist für Krokodile ziemlich dick, aber angesichts der starken Belastung nutzen sich ihre Zähne trotzdem ab und brechen manchmal. In solch einem neuen Zahn ersetzt der alte Zahn.

Für eine Person ist eines der Unterscheidungsmerkmale der entgegengesetzte Daumen, der uns bei vielen Bemühungen sehr geholfen hat, von „einen Stock nehmen und einen störenden Nachbarn auf einem Ast ficken“ bis „einen Stift nehmen und ein Sonett schreiben“. Für Krokodile ist ein solches Werkzeug der Kiefer, insbesondere die Zähne. Es ist dieser Teil des Körpers, der Krokodile zu so gefährlichen und tödlichen Jägern macht, die vermieden werden sollten.



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