Феята на зъбите не работи тук: структурата на емайла на зъбите на крокодилите и техните праисторически предци

Влизате в коридор с приглушена светлина, където срещате лишени души, измъчвани от болка и страдание. Но тук няма да има мир за тях, защото зад всяка една от вратите ги чака още мъка и страх, изпълващ всички клетки на тялото и изпълващ всички мисли. Стигаш до една от вратите, зад която се чува адско скърцане и жужене, проправящо си път до костите. Събирайки остатъците от смелостта си в юмрук, вие протягате студена от ужас ръка към дръжката на вратата, когато внезапно някой докосва рамото ви отзад и вие се обръщате, потръпвайки от изненада. „Докторът ще бъде свободен след няколко минути. Седнете засега, ще ви се обадим“, казва нежният глас на медицинската сестра. Явно така си представят ходенето на зъболекар някои хора, които имат изключително негативно отношение към тези „садисти“ в бели престилки. Но днес няма да говорим за дентална фобия, а за крокодили. Да, да, става въпрос за тях или по-скоро за техните зъби, които не се нуждаят от лечение на зъбите.

Учени от Университета на Мисури (САЩ) проведоха изследване на зъбите на крокодили, което показа забавните черти на емайла на тези безупречни ловци, разчитащи само на челюстите им. Какво откриха учените, как зъбите на съвременните крокодили се различават от техните праисторически роднини и каква е ползата от това изследване? Това научаваме от доклада на изследователската група.

Изследователска база

За повечето гръбначни зъбите са основен атрибут за получаване и ядене на храна (мравоядите не се броят). Някои от хищниците разчитат на скоростта по време на лов (гепарди), някои на колектива (лъвове), а за някои силата на захапката им играе огромна роля. Това важи и за крокодилите, които се промъкват към жертвите си във водата и ги хващат с мощните си челюсти. За да не се измъкне жертвата, хватката трябва да е мощна, което води до големи натоварвания на костната структура. За да неутрализират негативния ефект от силните си ухапвания, крокодилите имат вторично костно небце, което е неподвижно свързано с черепа.

Визуална демонстрация на затварянето и отварянето на челюстта на крокодил.

Една от основните характеристики на крокодилските зъби е постоянната им подмяна с нови, когато старите се износят. Факт е, че зъбите на крокодилите приличат на кукла, вътре в която се развиват нови зъби. Приблизително на всеки 2 години всеки от зъбите в челюстта се заменя с нови.

Обърнете внимание колко плътно се затваря този "капан за зъби".

Крокодилските зъби са разделени на няколко категории според тяхната форма и съответната функционалност. В началото на челюстта има 4 големи зъба, които са необходими за ефективно улавяне на плячка. В средата има по-дебели зъби, които се увеличават по челюстта. Тази част е необходима за рязане на плячка. В основата зъбите се разширяват и стават по-плоски, което позволява на крокодилите да отварят черупки на мекотели и черупки на костенурки като семена.

Колко силна е челюстта на крокодил? Естествено, това зависи от неговия размер и вид. Например през 2003 г. те установиха, че 272-килограмов алигатор от Мисисипи хапе със сила ~9500 N (N - Нютон, 1 N = 1 kg m / s2). Но 1308-килограмовият пениран крокодил показа умопомрачителните ～34500 1498 N. Между другото, абсолютната сила на ухапване при хората е приблизително XNUMX N.

Силата на захапката зависи не толкова от зъбите, колкото от челюстните мускули. При крокодилите тези мускули са много плътни и има много от тях. Въпреки това, има голяма разлика между много развитите мускули, отговорни за затваряне на устата (което дава такава сила на захапката) и слабите мускули, отговорни за отваряне на устата. Това обяснява защо затворената уста на крокодил може да се задържи на място с обикновена лента.

Хайде покажи ми кой те е нарекъл малка.

Но крокодилите се нуждаят от челюст не само за безмилостни убийства за храна, но и за грижа за потомството си. Женските крокодили често носят малките си точно в челюстите (трудно е да се намери по-безопасно място за тях, защото кой би се осмелил да се качи там). Устата на крокодилите е снабдена с много чувствителни рецептори, благодарение на които те могат да регулират силата на ухапването си, което им позволява по-добре да държат плячка или внимателно да носят бебета.

Човешките зъби, за съжаление, не израстват отново, след като старите паднат, но има нещо общо с крокодилите - емайла.

Изображение #1: Опашен зъб на мисисипски алигатор (Alligator mississippiensis).

Емайлът е външната обвивка на короната на зъба. Това е най-издръжливата част от човешкото тяло, подобно на много други гръбначни животни. Въпреки това, както знаем, нашите зъби не се променят за нови, така че нашият емайл трябва да е по-дебел. Но при крокодилите износените зъби се заменят с нови, така че няма нужда от дебел емайл. Звучи доста логично, но дали наистина е така?

Учените казват, че разбирането на промените в емайла в рамките на един таксон ще ни позволи да запомним по-добре как структурата на емайла се променя в зависимост от биомеханиката и диетата на животното.

Крокодилите, а именно алигатор Мисисипиенсисса много подходящи за това изследване поради редица причини. Първо, зъбите, силата на захапката и структурата на емайла се променят с възрастта и размера на индивида, което също се дължи на промяна в диетата. Второ, зъбите на крокодила имат различна морфология в зависимост от позицията им в челюстта.

Изображение #2: a и b показват разликата в зъбите между големи и малки индивиди, c-e показват зъбите на изкопаемите предци на съвременните крокодили.

Ростралните зъби са тънки и се използват за улавяне на плячка, докато опашните зъби са тъпи и се използват за смачкване с по-висока сила на захапка. С други думи, натоварването на зъба зависи от неговото положение в челюстта и от размера на собственика на тази челюст.

Това проучване представя резултатите от анализа и измерванията на абсолютната дебелина на емайла (AET) и стандартизираната по размер (относителна) дебелина на емайла (RET) на крокодилски зъби.

AET е оценка на средното разстояние от връзката емайл-дентин до външната повърхност на емайла и е линейно измерване. И RET е безразмерна стойност, която ви позволява да сравнявате относителната дебелина на емайла в различни скали.

Учените са оценили AET и RET на ростралните (в „носа“ на челюстта), междинните (в средата на редицата) и каудалните (в основата на челюстта) зъби при седем индивида от вида алигатор Мисисипиенсис.

Също така е важно да се отбележи, че структурата на емайла може да зависи от диетата на индивида и вида като цяло. Крокодилите имат много обширна диета (каквото и да хванат, ще е вечеря), но тя се различава от тази на техните роднини, които отдавна са изчезнали. За да тестват това по отношение на емайла, учените анализираха AET и RET вкаменелости. Protosuchidae (UCMP 97638), Iharkutosuchus (MTM ВЕРСИЯ 2018.837) и Алогнатосух (YPM-PU 16989). Protosuchidae е представител на юрския период, Iharkutosuchus - период Креда, и Алогнатосух от еоцена.

Преди да започнат действителните измервания, изследователите обсъдиха и предложиха няколко теоретични хипотези:

• Хипотеза 1а - тъй като AET е линейна мярка и трябва да зависи от размера, се приема, че дисперсията в AET ще се обясни най-добре с размера на черепа;
• Хипотеза 1b – тъй като RET е стандартизиран за размера, се приема, че вариацията в RET ще бъде обяснена най-добре с позицията на зъбите;
• Хипотеза 2а - тъй като AET и дължината на черепа са линейни мерки за размер, те трябва да бъдат мащабирани с изометричен наклон;
• хипотеза 2b - тъй като каудалните зъби изпитват най-големи сили на захапка в зъбната редица, следователно RET ще бъде по-висок в каудалните зъби.

Таблиците по-долу представят примерни данни (черепи на крокодили от вида алигатор Мисисипиенсисвзети от резервата Рокфелер в Гранд Шение, Луизиана, и вкаменелости).

Таблица #1: Данни от сканиране на зъб на крокодил (рострален, междинен и опашен).

Таблица 2: данни за зъбите (LSkull - дължина на черепа, hCrown - височина на короната, VE - обем на емайла, VD - обем на дентина, SAEDJ - повърхност на интерфейса емайл-дентин, AET - абсолютна дебелина на емайла, RET - относителна дебелина на емайла).

Резултати от проучването

Според денталните данни, представени в таблица 2, учените заключиха, че дебелината на емайла се увеличава изометрично с дължината на черепа, независимо от позицията на зъба.

Таблица 3: Стойности на AET и RET в зависимост от променливите.

Изображение #3: AET/RET мащабиране по отношение на дължината на черепа.

В същото време дебелината на емайла на опашните зъби е значително по-голяма, отколкото на останалите, но това също не зависи от дължината на черепа.

Таблица № 4: средни стойности на дебелината на емайла при висшите гръбначни (Crocodyliform - нетаксонна група крокодили, Dinosaur - динозаври, Artiodactyl - artiodactyls, Odontocete - подразред китоподобни, Perissodactyl - еднокопитни, Primate - примати, Grizač - гризачи ).

Изображение #4: Опашните зъби са по-дебели от другите зъби.

Данните от скалирането (Таблица 3) потвърждават хипотеза 1а, обяснявайки зависимостта на стойността на AET от дължината на черепа, а не от позицията на зъба. Но стойностите на RET, напротив, зависят от позицията на зъба в редицата, а не от дължината на черепа, което потвърждава хипотеза 1b.

Останалите хипотези (2а и 2б) също бяха потвърдени, което следва от анализа на средната дебелина на зъбния емайл при различни позиции в редицата.

Сравнението на дебелината на емайла между съвременния алигатор от Мисисипи и неговите древни предци показа много общи неща, но имаше и разлики. Така че при Allognathosuchus дебелината на емайла е с около 33% по-голяма, отколкото при съвременните крокодили (изображението по-долу).

Изображение #5: Сравнение на средната дебелина на емайла при алигатори и изкопаеми крокодили по височина на короната.

Обобщавайки всички горепосочени данни, учените стигнаха до извода, че дебелината на емайла зависи пряко от, така да се каже, ролята на зъбите. Ако тези зъби са необходими за смачкване, тогава техният емайл ще бъде много по-дебел. По-рано беше установено, че налягането (силата на компресия) на каудалните зъби е по-високо от това на ростралните. Това се дължи именно на тяхната роля - да задържат плячка и да трошат кости. Така по-дебелият емайл предотвратява увреждането на зъбите, които са подложени на максимален стрес по време на хранене. Наистина, доказателствата сочат, че опашните зъби при крокодилите са много по-малко склонни да се счупят, въпреки тежкия стрес.

Освен това се установи, че зъбите Алогнатосух емайлът е значително по-дебел от този на другите изследвани крокодили. Смята се, че този фосил е предпочитал да яде костенурки, а за раздробяването на черупките им са необходими здрави зъби и дебел емайл.

Учените също сравняват дебелината на емайла на крокодилите и някои динозаври, съответстващи на предполагаемото тегло и размер. Този анализ показа, че крокодилът има по-дебел емайл (диаграмата по-долу).

Изображение #6: сравнение на дебелината на емайла на крокодил и динозавър.

Любопитно е, че емайлът на тиранозаврите е почти толкова дебел, колкото този на много по-малките Allognathosuchus и дори съвременните крокодили. Логично е, че структурата на зъбите на крокодилите се обяснява с техните навици по отношение на лов и диета.

Въпреки това, въпреки техните записи, емайлът на архозаврите (крокодили, динозаври, птерозаври и др.) е по-тънък от този на бозайниците.

Изображение #7: Сравнение на дебелината на емайла (AET) между крокодили и някои бозайници.

Защо емайлът на ловците, които разчитат толкова силно на челюстите си, е по-тънък от този на бозайниците? Отговорът на този въпрос беше в началото – смяната на износените зъби с нови. Въпреки че крокодилите имат здрави зъби, те не се нуждаят от, така да се каже, тежки, тъй като винаги ще дойде нов зъб, който ще замени счупен. Бозайниците (в по-голямата си част) нямат такъв талант.

Изображение #8: Сравнение на дебелината на емайла (RET) между крокодили и някои бозайници.

По-точно, дебелината на емайла при архозаврите варира от 0.01 до 0.314 mm, а при бозайниците от 0.08 до 2.3 mm. Разликата, както се казва, на лице.

За по-подробна информация относно нюансите на изследването препоръчвам да разгледате доклад на учените.

Епилог

Зъбите, колкото и странно да звучи, са изключително важен инструмент при извличането на храна. Да, съвременният човек винаги може да коригира всеки дефект, свързан със зъбите, но сред представителите на дивата природа няма зъболекари. Дори човек не винаги е знаел какво е лечение на зъбите. Ето защо някои видове избират здрави и издръжливи зъби, докато други предпочитат да ги сменят като ръкавици. Крокодилите и техните далечни роднини могат да бъдат поставени и в двете групи. Емайлът на зъбите, които са необходими за ефективно задържане на плячка и смачкване на костите, е доста дебел при крокодилите, но при сериозни натоварвания зъбите им все още се износват и понякога се счупват. При такъв нов зъб заема мястото на стария зъб.

За човека един от отличителните белези е противоположният палец, който ни е помогнал изключително много в много начинания, вариращи от „вземете пръчка и шляпнете досадния съсед на клона“ до „вземете химикалка и напишете сонет“. За крокодилите такъв инструмент са челюстите им, по-специално зъбите. Именно тази част от тялото прави крокодилите толкова опасни и смъртоносни ловци, които трябва да се избягват.

Петък извън топ:

Много любопитен и естетически красив кратък анимационен филм, в който крокодилът не е съвсем крокодил.

Анимационен филм за това как не можете да се доверите на подозрителни "дънове" във водата, особено ако сте антилопа гну.

Благодаря за гледането, бъдете любопитни и пожелавам страхотен уикенд на всички! 🙂

Благодарим ви, че останахте с нас. Харесвате ли нашите статии? Искате ли да видите още интересно съдържание? Подкрепете ни, като направите поръчка или препоръчате на приятели, 30% отстъпка за потребителите на Habr за уникален аналог на сървъри от начално ниво, който беше измислен от нас за вас: Цялата истина за VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 ядра) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps от $20 или как да споделите сървър? (предлага се с RAID1 и RAID10, до 24 ядра и до 40GB DDR4).

Dell R730xd 2 пъти по-евтин? Само тук 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 TV от $199 в Холандия! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - от $99! Прочети за Как да изградим инфраструктура Corp. клас с използване на сървъри Dell R730xd E5-2650 v4 на стойност 9000 евро за стотинка?

Източник: www.habr.com