歯の妖精はここでは機能しません：ワニとその先史時代の祖先の歯のエナメル質の構造

あなたは薄暗い廊下に入ると、そこで痛みと苦しみに苦しむ貧しい人々に出会います。 しかし、ここでは彼らに平安はありません。なぜなら、それぞれの扉の後ろには、さらなる苦痛と恐怖が彼らを待っており、体のすべての細胞とすべての思考が満たされます。 ドアの XNUMX つに近づくと、その後ろで、骨の髄まで冷える地獄のような軋み音とブンブンという音が聞こえます。 残った勇気を握りこぶしにまとめ、恐怖で冷たくなりながらドアノブに手を伸ばすと、突然誰かが後ろから肩に触れ、びっくりして振り向く。 「医師は数分以内に解放されます。 電話しますので、ちょっと座ってください」と看護師の優しい声が聞こえます。 どうやら、一部の人々は歯医者に行くことをこのように想像しており、彼らは白衣を着た「サディスト」に対して非常に否定的な態度をとっているようです。 しかし、今日は歯恐怖症については話さないで、ワニについて話します。 はい、はい、それは彼らのこと、より正確には歯科治療を必要としない彼らの歯のことです。

ミズーリ大学（米国）の科学者らがワニの歯の研究を行ったところ、これらの完璧な狩猟者であるワニのエナメル質の興味深い特徴が、正確に顎に依存していることが判明した。 科学者たちは何を発見したのか、現代のワニの歯は先史時代の近縁種とどのように異なるのか、そしてこの研究の利点は何でしょうか? このことは研究グループの報告書から分かります。

研究根拠

ほとんどの脊椎動物にとって、歯は食物を獲得し食べるために不可欠な属性です（アリクイはカウントされません）。 捕食者の中には、狩りの際にスピードに頼る者（チーター）や、チームで行動する者（ライオン）もいます。また、噛みつきの強さが大きな役割を果たす捕食者もいます。 これはワニにも当てはまります。ワニは水中で獲物に忍び寄り、強力な顎で獲物を掴みます。 被害者の逃走を防ぐためには握力を強くする必要があり、その結果、骨構造に大きな負荷がかかります。 強力な咬傷による悪影響を中和するために、ワニには頭蓋骨にしっかりと接続された二次骨口蓋があります。

ワニの顎の開閉を視覚的にデモンストレーションします。

ワニの歯の主な特徴の 2 つは、古い歯が摩耗すると常に新しい歯に置き換わることです。 実際のところ、ワニの歯は入れ子人形に似ており、その中で新しい歯が発達します。 およそXNUMX年にXNUMX回、顎の歯はそれぞれ新しいものに生え変わります。

この「歯の罠」がどれほどしっかりと閉まるかに注目してください。

ワニの歯は、形状と対応する機能に基づいていくつかのカテゴリに分類されます。 顎の先頭には4つの大きな牙があり、獲物を効果的に捕らえるために必要です。 中央には厚い歯があり、顎に沿って増加します。 獲物を切るために必要な部品です。 歯の根元は幅が広くなり、平らになるため、ワニは軟体動物の甲羅やカメの甲羅を種子のように噛み砕くことができます。

ワニの顎の強さはどれくらいですか？ 当然のことながら、これはサイズと種類によって異なります。 たとえば、2003 年には、体重 272 キロのミシシッピーワニが約 9500 N (N - ニュートン、1 N = 1 kg m/s2) の力で噛みついたことが判明しました。 しかし、体重 1308 キロのイリエワニは、驚異的な最大 34500 N を示しました。ちなみに、人間の絶対的な咬合力は約 1498 N です。

咬み合わせの強さは歯ではなく、顎の筋肉によって決まります。 ワニでは、これらの筋肉は非常に緻密であり、その数はたくさんあります。 しかし、口を閉じる役割を担う非常に発達した筋肉（これにより噛む力が得られます）と、口を開ける役割を担う弱い筋肉の間には大きな違いがあります。 これは、ワニの閉じた口を簡単なテープで所定の位置に保持できる理由を説明します。

さあ、誰があなたをガキと呼んだのか見せてください。

しかし、ワニは食料のために容赦なく殺すためだけでなく、子孫の世話のためにも顎を必要とします。 メスのワニはよく自分の子供を顎にくわえて運んでいます（メスのワニにとってより安全な場所を見つけるのは困難です。誰がそこに登ろうとするのでしょうか）。 ワニの口には非常に敏感な受容体が備わっており、そのおかげで噛む力を調節できるため、獲物をうまく掴んだり、赤ちゃんを慎重に運んだりすることができます。

残念ながら、人間の歯は古い歯が抜けると再び生えてきませんが、ワニと共通点があるのがエナメル質です。

画像 #1: ミシシッピエンシスワニの尾歯。

エナメル質は歯冠の外殻です。 他の多くの脊椎動物と同様に、人体の最も強い部分です。 しかし、ご存知のとおり、私たちの歯は新しいものと変わらないため、エナメル質はより厚くなければなりません。 しかし、ワニの場合、摩耗した歯は新しい歯に置き換わるため、厚いエナメル質は必要ありません。 かなり論理的に聞こえますが、本当にそうなのでしょうか？

科学者らは、XNUMXつの分類群内のエナメル質の変化を理解することで、将来、その動物の生体力学や食事に応じてエナメル質の構造がどのように変化するかをよりよく思い出すことができるようになると述べています。

ワニ、つまり アリゲーターミシシッピー、多くの理由から、この研究に非常に適しています。 まず、歯、咬合力、エナメル質の構造は、個人の年齢や体格によって変化しますが、これは食事の変化にも起因します。 第二に、ワニの歯は顎内の位置に応じて異なる形態を持っています。

画像 No. 2: a と b は大きい個体と小さい個体の歯の違いを示し、c ～ f は現生ワニの祖先の化石の歯を示しています。

吻側の歯は薄く、獲物を掴むのに使用されますが、尾側の歯は鈍く、より高い咬合力で押しつぶすのに使用されます。 言い換えれば、歯にかかる負荷は、顎内での歯の位置と、この顎の所有者の大きさによって異なります。

この研究では、ワニの歯の絶対エナメル厚さ（AET）とサイズ標準化（相対）エナメル厚さ（RET）の分析と測定の結果を示します。

AET は、エナメル質と象牙質の接合部からエナメル質の外側表面までの平均距離の推定値であり、線形測定値です。 RET は、さまざまなスケールでエナメル質の相対的な厚さを比較できる無次元の値です。

科学者たちは、この種のXNUMX個体の吻側（顎の「鼻」にある）、中間（列の中央）、および尾側（顎の付け根）の歯のAETとRETを評価しました。 アリゲーターミシシッピー.

エナメル質の構造は、個体および種全体の食事に依存する可能性があることに注意することも重要です。 ワニは非常に豊富な食事をしていますが（捕まえたものを食べる）、それはずっと前に絶滅した近縁種のワニとは異なります。 エナメル質の観点からこれをテストするために、科学者たちは化石の AET および RET 分析を実施しました。 原始虫科 (UCMP 97638)、 イハルクトスクス (MTM VER 2018.837) および アログナトスクス (YPM-PU 16989)。 原始虫科 ジュラ紀を代表する動物で、 イハルクトスクス - 白亜紀、および アログナトスクス 始新世から。

実際の測定を開始する前に、研究者らはブレインストーミングを行い、いくつかの理論的仮説を提案しました。

• 仮説 1a - AET は線形の尺度であり、サイズに依存するため、AET の分散は頭蓋骨のサイズによって最もよく説明されると予想されます。
• 仮説 1b - RET はサイズによって標準化されているため、RET の変動は歯の位置によって最もよく説明されると予想されます。
• 仮説 2a - AET と頭蓋骨の長さはサイズの直線的な尺度であるため、等尺性の傾きでスケールされるはずです。
• 仮説 2b - 尾歯はアーチ内で最大の咬合力を受けるため、RET は尾歯でより高くなります。

以下の表はサンプル データ (ワニの頭蓋骨) を示しています。 アリゲーターミシシッピー、ルイジアナ州グランドシェニエのロックフェラー保護区から採取され、化石）。

表 No. 1: ワニの歯のスキャン データ (吻側、中間、尾側)。

表 No. 2: 歯科データ (LSkull - 頭蓋骨の長さ、hCrown - 歯冠の高さ、VE - エナメル質の体積、VD - 象牙質の体積、SAEDJ - エナメル質と象牙質の界面領域、AET - 絶対エナメル質の厚さ、RET - 相対的なエナメル質の厚さ)。

研究成果

表 2 に示した歯科データによると、科学者らは、歯の位置に関係なく、エナメル質の厚さは頭蓋骨の長さに等尺性で比例すると結論付けています。

表 No. 3: 変数に応じた AET および RET 値。

画像 #3: 頭蓋骨の長さに応じた AET/RET スケーリング。

同時に、尾歯のエナメル質の厚さは他のものよりもはるかに厚いですが、これも頭蓋骨の長さに依存しません。

表4：高等脊椎動物のエナメル質の厚さの平均値（ワニ目 - ワニの分類群外グループ、恐竜 - 恐竜、偶蹄目 - 偶蹄目、ハクジラ目 - クジラ亜目、奇蹄目 - 奇足有蹄類、霊長類 - 霊長類、げっ歯類 - 齧歯動物）。

画像 #4: 尾歯のエナメル質の厚さは、他の歯のエナメル質の厚さよりも厚いです。

スケーリングに関するデータ (表 3) は仮説 1a を裏付け、AET 値が歯の位置ではなく頭蓋骨の長さに依存することを説明しています。 しかし、逆に、RET 値は頭蓋骨の長さではなく、列内の歯の位置に依存し、仮説 1b を裏付けます。

列内の異なる位置の歯のエナメル質の平均厚さの分析から次のように、残りの仮説 (2a および 2b) も確認されました。

現代のミシシッピワニとその古代の祖先のエナメル質の厚さを比較すると、多くの類似点が示されましたが、相違点もありました。 したがって、アログナトスクスのエナメル質の厚さは現代のワニよりも約 33% 厚いです (下の画像)。

画像 #5: 歯冠の高さに基づくワニと化石ワニの平均エナメル質の厚さの比較。

上記のデータをすべて要約すると、科学者たちは、エナメル質の厚さは、いわば歯の役割に直接依存するという結論に達しました。 これらの歯が粉砕に必要な場合、エナメル質は大幅に厚くなります。 尾歯の圧力（圧縮力）は、吻側の歯の圧力（圧縮力）よりも高いことが以前に発見されています。 これはまさに、獲物を保持し、骨を砕くという役割によるものです。 したがって、エナメル質が厚くなると、栄養補給中に最大のストレスにさらされる歯への損傷が防止されます。 実際、ワニの尾歯は、激しいストレスにもかかわらず折れる頻度ははるかに低いことが証拠によって示唆されています。

さらに、歯が見つかった アログナトスクス エナメル質は研究された他のワニのエナメル質よりも著しく厚い。 この化石種はカメを好んで食べると考えられており、甲羅を砕くには強い歯と厚いエナメル質が必要です。

科学者らはまた、ワニと一部の恐竜のエナメル質の厚さと、それに対応する推定体重と大きさを比較した。 この分析により、ワニのエナメル質が厚いことがわかりました（下の図）。

画像 #6: ワニと恐竜のエナメル質の厚さの比較。

興味深いことに、ティラノサウルス科のエナメル質の厚さは、はるかに小さいアログナトスクスや現代のワニのエナメル質とほぼ同じでした。 ワニの歯の構造が狩猟と食事の習慣によって説明されるのは論理的です。

しかし、記録にもかかわらず、主竜類（ワニ、恐竜、翼竜など）のエナメル質は哺乳類のエナメル質よりも薄い。

画像 #7: ワニと一部の哺乳類種のエナメル質の厚さ (AET) の比較。

顎に大きく依存している狩猟者のエナメル質が哺乳類のエナメル質より薄いのはなぜでしょうか? この質問に対する答えはすでに最初にありました - 磨耗した歯を新しいものに交換することです。 ワニは強い歯を持っていますが、折れた歯は常に新しい歯に置き換わるため、いわば超強力な歯は必要ありません。 哺乳類には（ほとんどの場合）この才能がありません。

画像 #8: ワニと一部の哺乳類種のエナメル質の厚さ (RET) の比較。

より正確には、主竜のエナメル質の厚さは 0.01 ～ 0.314 mm、哺乳類では 0.08 ～ 2.3 mm です。 彼らが言うように、違いは明らかです。

研究のニュアンスをさらに詳しく知りたい場合は、以下を参照することをお勧めします。 科学者の報告書。

フィナーレ

どんなに奇妙に聞こえるかもしれませんが、歯は食べ物を得るために非常に重要なツールです。 はい、現代人は歯に関連する欠陥をいつでも修正できますが、野生の代表者には歯科医がいません。 人々も、歯科治療がどのようなものであるかを常に知っていたわけではありませんでした。 したがって、いくつかの種は強くて耐久性のある歯を選択しますが、他の種は手袋のように歯を交換することを好みます。 ワニとその遠い親戚は両方のグループに分類できます。 獲物を効果的に保持し、骨を砕くために必要な歯のエナメル質は、ワニの場合は非常に厚いですが、深刻なストレスを考慮すると、歯は依然として磨耗し、時には折れてしまいます。 このような場合には、古い歯の代わりに新しい歯が生えてきます。

人間にとって、際立った特徴の XNUMX つは反対側にある親指です。この親指は、「棒を持って枝にいる迷惑な隣人を犯す」から「ペンを持ってソネットを書く」で終わるまで、さまざまな取り組みで大いに役立ちました。 」 ワニにとって、そのような道具は顎、特に歯です。 ワニを避けるべき危険で致命的なハンターにしているのは体のこの部分です。

金曜日のオフトップ:

ワニがまったくのワニではない、非常に興味深く耽美的に美しい短編漫画。

特にヌーの場合、水中にある不審な「丸太」を信頼できないことについての漫画。

ご視聴いただきありがとうございます。好奇心を持ち続けて、皆さん素晴らしい週末をお過ごしください。 🙂

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出所： habr.com