Зъбната фея тук не работи: структурата на зъбния емайл на крокодилите и техните доисторически предци

Вие влизате в коридора с приглушена светлина, където срещате обезсилени души, терзаеми от болка и страдания. Но тук няма да намерят покой, защото зад всяка врата ги очакват още повече мъки и страх, изпълващи всяка клетка на тялото и запълващи всички мисли. Приближавате се до една от вратите, зад която се чува адския скрежет и жужене, пробиващи до костите. Събрав остатъци от смелост, вие протягате студената си от ужас ръка към ключалката на вратата, когато изведнъж някой отзад докосва рамото ви и вие, потръпвайки от изненада, се обръщате. "Докторът ще се освободи след няколко минути. Седнете, ние ще ви повикаме", казва ви нежният глас на медицинската сестра. Явно някои хора си представят посещението при зъболекар така, особено тези, които имат изключително негативно отношение към тези "садисти" в бели престилки. Но днес няма да говорим за денталната фобия, а ще говорим за крокодилите. Да-да, именно за тях, а по-точно за зъбките им, които не се нуждаят от зъболечебно лечение.

Учени от университета в Мисури (САЩ) провели проучване на зъбите на крокодилите, което показа интересни особености на емайла на тези безупречни ловци, които разчитат точно на челюстите си. Какво установили учените, с какво се различават зъбите на съвременните крокодили от техните праисторически роднини и каква е ползата от това изследване? За това ще разберем от доклада на изследователската група.

Основата на изследването

За повечето гръбначни зъбите са неотменима част от процеса на приемане и консумация на храна (мравоядите не се смятат). Някои хищници разчитат на скоростта си при лов (гепарди), други — на колектив (лъвове), а за трети огромна роля играе силата на захапката им. Това важи и за крокодилите, които приближават жертвите си във водата и ги хващат с мощните си челюсти. За да не може жертвата да се освободи, захватът трябва да бъде мощен, а това води до голямо натоварване на костната структура. За да неутрализие отрицателния ефект от мощните си ухапвания, крокодилите притежават вторично костно небце, което е неподвижно свързано с черепа.

Визуална демонстрация на затварянето и отварянето на челюстта на крокодила.

Една от основните особености на крокодилските зъби е постоянната им замяна с нови, когато старите се износват. Дело е в това, че зъбите на крокодилите наподобяват матрьошка, в която се развиват нови зъби. Примерно на всеки 2 години всеки зъб в челюстта се заменя с нов.

Обърнете внимание колко плътно се затваря този "зъбен капкан".

Зъбите на крокодилите се разделят на няколко категории в зависимост от формата и съответната им функция. В началото на челюстта има 4 големи кучешки зъба, които са необходими за ефективно захващане на плячката. В средата са разположени по-дебели зъби, които нарастват по дължина в челюстта. Тази част е необходима за разрязване на плячката. В основата зъбите се разширяват и стават по-плоски, което позволява на крокодилите да счупят черупките на мекотелите и панцирите на костенурките, като семки.

Колко силна е челюстта на крокодила? Естествено, това зависи от размера и вида му. Например, през 2003 г. беше установено, че 272-килограмовият мисисипски алигатор хапе с сила около 9500 Н (Н — Нютон, 1 Н = 1 кг·м/с2). А 1308-килограмовият гърбав крокодил демонстрира умопомрачителни около 34500 Н. Струва си да се отбележи, че абсолютната сила на ухапване при човека е около 1498 Н.

Силата на ухапването зависи не толкова от зъбите, колкото от мускулите на челюстта. При крокодилите тези мускули са много плътни и е много на брой. Въпреки това съществува значителна разлика между много развитите мускули, отговорни за затварянето на челюстта (което дава такава сила на ухапването), и слабите мускули, отговорни за отварянето на челюстта. Това обяснява защо затворената паст на крокодила може да бъде задържана с обикновен тиксо.

Ами, покажи, кой те е нарекъл малък.

Но челюстта на крокодила е необходима не само за безмилостни убийства за прехрана, но и за грижа за неговото потомство. Женските крокодили често пренасят своите малки именно в челюстите (трудно е да се намери по-безопасно място за тях, защото кой би помислил да се приближи там). Челюстите на крокодилите са оборудвани с много чувствителни рецептори, благодарение на които те могат да регулират силата на захапката, което им позволява да задържат плячката по-добре или внимателно да пренасят малките си.

Зъбите на човека, за съжаление, не се отглеждат след загубата на старите, но има нещо общо с крокодилите — емайл.

Снимка №1: каудален зъб на мисисипски алигатор (Alligator mississippiensis).

Емайлът е външната обвивка на коронковата част на зъба. Това е най-здравата част от тялото на човека, както и на много други гръбначни. Въпреки това, както знаем, зъбите ни не се сменят с нови, затова нашият емайл трябва да бъде по-дебел. При крокодилите износените зъби се сменят с нови, затова дебелината на емайла не е необходима. Звучи логично, но наистина ли е така?

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

Крокодилите, а именно Alligator mississippiensis, са отлични за това изследване по няколко причини. Първо, техните зъби, силата на ухапването и структурата на емайла се променят в зависимост от възрастта и размера на индивида, което е свързано и с промяната в диетата. Второ, зъбите на крокодилите имат различна морфология в зависимост от положението в челюстта.

Снимка №2: а и б показват разликата между зъбите на големи и малки индивиди, с-е показват зъбите на изкопаеми предци на съвременните крокодили.

Ростралните зъби са тънки и се използват за захващане на плячка, докато каудалните зъби са тъпи и се използват за счупване с по-високи сили на ухапване. С други думи, натоварването на зъба зависи от положението му в челюстта и от размера на притежателя на тази челюст.

В това изследване са представени резултати от анализа и измерванията на абсолютната дебелина на емайла (AET) и стандартизираната според размера (относителната) дебелина на емайла (RET) на зъбите на крокодила.

AET представлява оценка на средното разстояние от емайл-дентиновия преход до външната повърхност на емайла и е линейно измерение. А RET е безразмерна величина, която позволява да се сравнява относителната дебелина на емайла в различни мащаби.

Учените оцениха AET и RET на ростралните (в "носа" на челюстта), междинните (в средата на реда) и каудалните (в основата на челюстта) зъби на седем индивида от вида. Alligator mississippiensis.

Важно е също така да се отбележи, че структурата на емайла може да зависи от диетата на индивида и от вида като цяло. При крокодилите диетата е много обширна (каквото хванат, това ще е за вечеря), но тя се различава от тази на техните родственици, които вече отдавна са изчезнали. За да проверят това от гледна точка на емайла, учените извършиха анализ на AET и RET при находки. Protosuchidae (UCMP 97638), Iharkutosuchus (MTM VER 2018.837) и Allognathosuchus (YPM-PU 16989). Protosuchidae е представител на юрския период, Iharkutosuchus — креда, а Allognathosuchus от еоцена.

Преди започване на фактическите измервания изследователите проведоха мозъчна атака и предложиха няколко теоретични хипотези:

• Хипотеза 1а — тъй като AET е линейна мярка и трябва да зависи от размера, предполага се, че дисперсията в AET ще бъде най-добре обяснена от размера на черепа;
• Хипотеза 1b — тъй като RET е стандартизиран по размер, предполага се, че дисперсията в RET ще бъде най-добре обяснена от позицията на зъба;
• Хипотеза 2а — тъй като AET и дължината на черепа са линейни мерки на размера, те трябва да се мащабират с изометричен наклон;
• Хипотеза 2b — тъй като каудалните зъби изпитват най-големите сили при захапката в зъбната редица, следователно RET ще бъде по-висок при каудалните зъби.

В таблиците по-долу са представени данни от образци (крокодилски черепи от вида Alligator mississippiensis, събрани от резерват Рокфелер в Гранд Шенье, Луизиана, и находки от бъдещето).

Таблица №1: данни от сканиране на зъби на крокодили (рострални, междинни и каудални).

Таблица №2: данни за зъби (LSkull — дължина на черепа, hCrown — височина на короната, VE — обем на емайла, VD — обем на дентината, SAEDJ — площ на интерфейса емайл-дентин, AET — абсолютна дебелина на емайла, RET — относителна дебелина на емайла).

Резултати от изследването

В съответствие с денталните данни, представени в таблица №2, учените стигнаха до извода, че дебелината на емайла се мащабира изометрично с дължината на черепа, независимо от позицията на зъба.

Таблица №3: стойности на AET и RET в зависимост от променливите.

Изображение №3: мащабиране на AET/RET по отношение на дължината на черепа.

В същото време дебелината на емайла на каудалните зъби е значително по-голяма от тази на другите, но това също не зависи от дължината на черепа.

Таблица №4: средни стойности на дебелината на емайла при висши гръбначни (Crocodyliform — извънтаксова група крокодили, Dinosaur — динозаври, Artiodactyl — парнокопитни, Odontocete — подотряд китоподобни, Perissodactyl — непарнокопитни, Primate — примати, Rodent — гризачи).

Изображение №4: дебелината на емайла при каудални зъби е по-голяма, отколкото при другите.

Данните относно мащабирането (табл. №3) потвърдиха хипотезата 1а, която обяснява зависимостта на стойността на AET от дължината на черепа, а не от позицията на зъба. А стойностите RET, от друга страна, зависят от позицията на зъба в реда, а не от дължината на черепа, което потвърдва хипотезата 1b.

Останалите хипотези (2а и 2b) също бяха потвърдени, което следва от данните от анализа на средната дебелина на емайла на зъбите с различно разположение в реда.

Сравнението на дебелината на емайла между съвременния мисисипки алигатор и неговите древни предци показа много сходства, но и разлики. По-специално, при Allognathosuchus дебелината на емайла е приблизително с 33% по-голяма, отколкото при съвременните крокодили (по-долу на изображението).

Изображение №5: сравнение на средната дебелина на емайла между алигатора и изкопаемите крокодили по височина на зъбната коронка.

Сумирайки всички гореспоменати данни, учените заключиха, че дебелината на емайла пряко зависи от, да се каже, ролята на зъбите. Ако тези зъби са необходими за смилане, то емайла им ще бъде значително по-дебел. Преди бе установено, че налягането (силата на компресия) на каудалните зъби е по-високо, отколкото на ростралните. Това е свързано именно с тяхната роля — да задържат плячката и да смилат костите. Така че, по-дебелият емайл предотвратява повреждането на зъбите, които по време на хранене са под максимално натоварване. И наистина, данните показват, че каудалните зъби на крокодилите често се чупят значително по-рядко, въпреки сериозните натоварвания.

Освен това, беше установено, че при зъбите Allognathosuchus емайлът е значително по-дебел, отколкото при другите проучени крокодили. Счита се, че този изкопаем вид предпочитал да се храни с костенурки, и за смилане на техните черупки са нужни здрави зъби и дебел емайл.

Учените също така проведоха сравнение на дебелината на емайла на крокодилите и някои динозаври, в съответствие с предполагаемото им тегло и размер. Този анализ показа, че крокодилите имат по-дебел емайл (диаграмата по-долу).

Изображение №6: сравнение дебелината на емайла на крокодили и динозаври.

Любопитно е, че емайлът на тиранозавридите е почти с такава дебелина, каквато има и значително по-малкият Allognathosuchus и дори съвременните крокодили. Логично е, че структурата на зъбите на крокодилите обяснява техните навици в аспектите на лов и диета.

Обаче, въпреки своите рекорди, емайлът на архозаврите (крокодили, динозаври, птерозаври и др.) е по-тънък от този на бозайниците.

Изображение №7: сравнение дебелината на емайла (AET) на крокодили и някои видове бозайници.

Защо емайлът на хищниците, които зависят толкова много от челюстите си, е по-тънък от този на бозайниците? Отговорът на този въпрос беше даден още в началото — замяната на износените зъби с нови. Въпреки че крокодилите имат здрави зъби, те не се нуждаят, така да се каже, от свръхздрави, тъй като новият зъб винаги идва на мястото на счупения. При бозайниците (в повечето случаи) това не е така.

Изображение №8: сравнение дебелината на емайла (RET) на крокодили и някои видове бозайници.

По-точно, дебелината на емайла при архозаврите варира в диапазона от 0.01 до 0.314 мм, а при бозайниците от 0.08 до 2.3 мм. Разликата, както се казва, е очевидна.

За по-подробно запознаване с нюансите на изследването препоръчвам да се запознаете с доклад на учени.

Епилог

Зъбите, колкото и странно да звучи, са изключително важен инструмент при набавянето на храна. Да, съвременният човек винаги може да коригира някакъв дефект, свързан със зъбите, но сред представителите на дивата природа стоматолози няма. Дори и човекът не винаги знаеше какво е лечението на зъбите. Затова едни видове избират здрави и дълготрайни зъби, докато други предпочитат да ги сменят като ръкавици. Крокодилите и техните далечни родственици могат да бъдат отнесени към двете групи. Емайлът на зъбите, които са необходими за ефективно задържане на плячката и раздробяване на костите, при крокодилите е достатъчно дебел, но, вземайки предвид сериозните натоварвания, техните зъби все пак се износват и понякога се чупят. В такива случаи на мястото на стария зъб идва нов.

За човека една от отличителните черти е противопоставеният голям пръст, който много ни е помагал в различни начинания, започвайки от "вземи пръчка и удари досадния съсед по клон" и завършвайки с "вземи перо и напиши сонет". За крокодилите обаче подобен инструмент са техните челюсти, по-специално зъбите. Именно тази част от тялото прави крокодилите толкова опасни и смъртоносни ловци, които трябва да се избягват.

Петъчен офф-топ:

Благодаря за вниманието, оставайте любопитни и приятни почивни дни на всички, приятели! 🙂

Благодарим ви, че останахте с нас. Харесват ли ви нашите статии? Искате ли да видите повече интересни материали? Подкрепете ни, като направите поръчка или ни препоръчате на познати. 30% отстъпка за потребителите на Хабра на уникален аналог на entry-level сървъри, който създадохме специално за вас: Цялата истина за VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 ядра) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps от 20 $ или как правилно да разделите сървър. (с налични опции за RAID1 и RAID10, до 24 ядра и до 40GB DDR4).

Dell R730xd на половин цена? Всичко това само при нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100TB от 199 $ в Нидерландия! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2GHz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — от 99 $! Чете се за това Как да построим инфраструктура от корпоративен клас с помощта на сървъри Dell R730xd E5-2650 v4 на стойност 9000 евро за малко пари?

Източник: habr.com