牙仙在这里不起作用:鳄鱼及其史前祖先的牙釉质结构



您在昏暗的灯光下进入走廊,在走廊中您会发现被痛苦和折磨折磨的赤贫灵魂。 但是他们不会在这里安宁,因为在每扇门的后面都会有更多的折磨和恐惧,充满了身体的所有细胞和思想。 您来到其中一扇门,在那扇门后面,您会听到嘎嘎作响的嗡嗡声,直奔骨头。 将剩余的勇气聚集到拳头中,您恐怖地伸手冰冷的手伸向门把手,当背后突然有人碰到您的肩膀时,您惊讶地转身。 “医生将在几分钟之内免费。 坐一会儿,我们会打电话给你,“护士的温柔声音告诉你。 显然,这正是人们对去看牙医的人的想法,他们对这些穿着白大褂的“讽刺者”极为反对。 但是今天我们将不谈论仇视心理,我们将谈论鳄鱼。 是的,是关于他们的,更确切地说是关于他们的牙齿的,不需要牙齿治疗。

来自美国密苏里大学的科学家对鳄鱼牙齿进行了一项研究,结果表明,这些无懈可击的猎人仅仅依靠他们的下颚就能发现搪瓷的有趣特征。 科学家发现了什么,现代鳄鱼的牙齿与史前亲戚有何不同?这项研究的用途是什么? 我们从研究小组的报告中了解到这一点。

学习基础


对于大多数脊椎动物,牙齿是食物接收和食用的一个整体属性(食蚁兽不计算在内)。 一些捕食者在狩猎过程中依靠速度(猎豹),一些依靠集体(狮子),而对于某些人来说,它们的咬合力发挥着巨大作用。 这也适用于在水中爬到受害者身上并用强大的颚抓住它们的鳄鱼。 为了防止受害者逃脱,握持力必须强大,这会在骨骼结构上转化为巨大的负担。 为了平息其强大的叮咬的负面影响,鳄鱼有一个次要的骨less,它与头骨无动地相连。


鳄鱼嘴的闭合和张开的视觉演示。

鳄鱼牙的主要特征之一是在老牙齿磨损后会不断用新牙齿代替它们。 事实是,鳄鱼的牙齿就像俄罗斯的娃娃,里面长出新的牙齿。 大约每2年一次,颌骨中的每颗牙齿都会变新。


请注意,此“牙槽”关闭的紧密程度。

鳄鱼齿根据其形状和相应的功能分为几类。 在颚的开始处,需要4个大的犬齿才能有效捕获猎物。 在中间的是较粗的牙齿,这些牙齿会沿着颌骨增加。 这部分需要削减猎物。 在基部,牙齿膨胀并变平,这使鳄鱼能够咬住软体动物的壳和龟壳,例如种子。

鳄鱼的下巴有多坚固? 自然,它取决于其大小和类型。 例如,在2003年,发现一头重272磅的密西西比短吻鳄咬住了〜9500 N的力(N-牛顿,1 N = 1 kg·m / s2)。 但是1308磅的精梳鳄鱼显示出惊人的〜34,500N。顺便说一句,一个人咬的绝对力量大约是1498N。

咬合的强度与牙齿和下颌肌肉的关系不大。 在鳄鱼中,这些肌肉非常密集,并且很多。 但是,负责闭合嘴巴的发达肌肉(产生这种咬力)与负责张开嘴巴的弱肌之间存在很大差异。 这就解释了为什么可以用简单的胶带将鳄鱼的嘴巴固定住的原因。


好吧,告诉我谁叫你一个小家伙。

但是鳄鱼的下颚不仅需要残酷地杀死食物,还需要照顾他们的后代。 鳄鱼母通常将幼崽精确地转移到颚部(很难找到一个安全的地方,因为无论谁决定爬到那里)。 鳄鱼的嘴上装有非常敏感的受体,因此它们可以调节叮咬的强度,从而使它们能够更好地握住猎物或小心地转移孩子。

不幸的是,人类的牙齿在老掉下来后不会再长出来,但是鳄鱼有一些共同点-珐琅质。


图片编号1:尾巴密西西比短吻鳄齿(密西西比短吻鳄)。

搪瓷是牙冠的外壳。 像许多其他脊椎动物一样,这是人体最坚固的部分。 但是,正如我们所知道的,我们的牙齿不会变新,因此我们的牙釉质应该更厚。 但是鳄鱼已经将磨损的牙齿换成新的牙齿,因此不需要厚厚的珐琅质。 听起来很合逻辑,但确实如此吗?

科学家们说,了解一个分​​类单元内牙釉质的变化将帮助您更好地记住牙釉质的结构如何根据动物的生物力学和饮食而变化。

鳄鱼,即密西西比鳄鱼,对这项研究非常有用 ,原因有很多。 首先,他们的牙齿,咬合强度和牙釉质的结构会根据个体的年龄和大小而变化,这也归因于饮食的变化。 其次,鳄鱼的牙齿根据颌骨的位置而具有不同的形态。


图片2:a和b显示了大小个体之间牙齿的差异,c-e显示了现代鳄鱼的化石祖先的牙齿。

唇齿较细,用于捕获猎物,而尾齿较钝,并且用于以更大的咬合力进行磨削。 换句话说,牙齿上的负载取决于其在颚中的位置以及颚的所有者的大小。

这项研究提供了对鳄鱼牙釉质的绝对厚度(AET)和牙釉质的标准化尺寸(相对)厚度(RET)的分析和测量结果。

AET是从牙釉质-牙本质结合点到牙釉质外表面的平均距离的估计值,并且是线性测量。 RET是无量纲的量,可让您比较不同比例下的瓷釉的相对厚度。

科学家评估了七种密西西比短吻鳄物种的喙齿(在颚的“鼻子”中),中齿(在行的中间)和尾齿(在颚的底部)的AET和RET。

同样重要的是要注意,牙釉质的结构可能取决于个体以及整个物种的饮食。 对于鳄鱼来说,饮食非常广泛(所捕获的将是午餐),但与已经灭绝的亲戚不同。 为了从瓷釉的角度进行测试,科学家对化石科的原生动物科(UCMP 97638), Iharkutosuchus (MTM VER 2018.837)和Allognathosuchus (YPM-PU 16989)进行了AET和RET分析。 始祖科是始新世侏罗纪, Iharkutosuchus-白垩纪和Allognathosuchus的代表。

在实际测量开始之前,研究人员进行了头脑风暴,并提出了一些理论假设:

  • 假设1a-由于AET是线性度量,并且必须与大小有关,因此假设可以通过颅骨的大小最好地解释AET的方差;
  • 假设1b-由于RET在尺寸上是标准化的,因此假设RET的方差最好由牙齿的位置来解释;
  • 假设2a-由于AET和颅骨长度是大小的线性度量,因此它们应以等距斜率缩放;
  • 假设2b-由于尾牙在牙列中受到最大的咬合力,因此,RET在尾牙中会更高。


下表显示了示例数据(从路易斯安那州大谢尼尔的洛克菲勒自然保护区中采集的密西西比短吻鳄的鳄鱼头骨和化石)。


表1:鳄鱼牙(鼻尖,中间和尾巴)的扫描数据。


表2:牙齿数据(L 头骨 -头骨长度,h -冠高度,V E-牙釉质体积,V D-牙本质体积,SA EDJ-牙釉质-牙本质界面面积,AET-牙釉质绝对厚度,RET-相对厚度搪瓷)。

研究成果


根据表2中显示的牙科数据,科学家得出的结论是,牙釉质的厚度与颅骨的长度等距地缩放,而与牙齿的位置无关。


表3:AET和RET值取决于变量。


图3:相对于颅骨长度的AET / RET缩放比例。

同时,尾牙上的牙釉质厚度要比其他牙齿上的牙釉质厚度大得多,但这并不取决于头骨的长度。


表4:高级脊椎动物的平均牙釉质厚度(鳄鱼类–鳄鱼的额外生物群,恐龙–恐龙,节肢动物基–鞘动物基动物,齿形齿科–鲸类亚目,Perissodactyl –鞘内动物基,灵长类动物–灵长类动物,啮齿动物–啮齿动物。


4号图像:尾牙的牙釉质厚度比其他牙齿大。

有关缩放的数据(表3)确认了假设1a,解释了AET值与颅骨长度的相关性,而不与牙齿的位置有关。 但是,相反,RET值取决于行中牙齿的位置,而不取决于头骨的长度,这证实了假设1b。

其余的假设(2a和2b)也得到了证实,这是通过对连续排列的不同排列的牙釉质的平均厚度进行分析得出的。

现代密西西比鳄鱼皮及其远古祖先对珐琅质厚度的比较显示出很多共同点,但存在差异。 因此,Allognathosuchus的牙釉质厚度比现代鳄鱼皮高约33%(下图)。


第5张图片:鳄鱼牙石和鳄鱼化石中牙釉质的平均厚度与牙冠高度的比较。

总结以上所有数据,科学家得出结论,搪瓷的厚度直接取决于牙齿的作用。 如果这些牙齿需要打磨,它们的牙釉质会更厚。 先前已经发现,尾牙的压力(压缩力)高于鼻尖的压力。 这正是由于它们的作用-保留猎物并压碎骨头。 因此,较厚的瓷釉可防止牙齿受损,而牙齿在营养期间会承受最大负荷。 确实,数据表明,尽管有严重的压力,鳄鱼的尾齿折断的频率也要低得多。

此外,还发现同种异体鳄牙齿中的珐琅质比其他鳄鱼的牙釉质明显厚。 据信,这种化石物种更喜欢吃海龟,并且为了破碎它们的壳,需要坚固的牙齿和厚厚的珐琅质。

科学家还比较了鳄鱼和某些恐龙的珐琅质的厚度,并据此估算了重量和大小。 该分析表明鳄鱼牙釉质较厚(下图)。


图6:鳄鱼和恐龙的珐琅质厚度的比较。

奇怪的是,霸王龙的牙釉质与显着较小的Allognathosuchus甚至现代鳄鱼的釉质几乎相同。 从鳄鱼的狩猎和饮食习惯中可以解释它们的牙齿结构,这是合乎逻辑的。

但是,尽管有记载,但考古学家的珐琅质(鳄鱼,恐龙,翼龙等)比哺乳动物的珐琅质薄。


图像7:比较鳄鱼和某些哺乳动物的牙釉质厚度(AET)。

为什么如此严重依赖下颚的猎人的珐琅质比哺乳动物稀薄? 这个问题的答案是在开始时-用新的牙齿代替磨损的牙齿。 尽管鳄鱼的牙齿很结实,但鉴于新的牙齿总会代替掉一颗坏掉的牙齿,因此它们不需要重型牙齿。 哺乳动物(大部分)没有这种才能。


图像8:比较鳄鱼和某些哺乳动物的牙釉质厚度(RET)。

更准确地说,考古学家的牙釉质厚度在0.01到0.314毫米之间变化,在哺乳动物中则在0.08到2.3毫米之间变化。 正如他们所说,区别在于表面。

要更详尽地了解这项研究的细微差别,建议您研究一下科学家报告。

结语


牙齿,无论听起来多么奇怪,都是提取食物中极为重要的工具。 是的,现代人总能修复与牙齿有关的任何缺损,但野生动植物代表中没有牙医。 甚至一个人也并不总是知道什么是牙科治疗。 因此,有些物种选择结实耐用的牙齿,而另一些物种则喜欢像手套那样进行更换。 鳄鱼及其远亲可以归为这两个群体。 牙齿上的珐琅质对于有效地维持骨骼的拔出和压碎是必不可少的,对于鳄鱼来说,牙釉质相当厚,但是在承受沉重负荷的情况下,它们的牙齿完全磨损,有时会断裂。 用这种新牙代替旧牙。

对于一个人而言,相对的拇指是其显着特征之一,它极大地帮助了我们许多方面,从“拿一根棍子在树枝上操一个烦人的邻居”到“拿一支笔写十四行诗”。 对于鳄鱼来说,这样的工具就是他们的颚,特别是牙齿。 正是这部分部位使鳄鱼成为如此危险和致命的猎人,应避免使用。

周五顶峰:

这是一部非常好奇且美观的动画短片,其中的鳄鱼不是鳄鱼。


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Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN464711/


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