Wchodzisz do korytarza o przytłumionym świetle, w którym napotykasz bezbronne dusze dręczone bólem i cierpieniem. Jednak nie zaznają tu spokoju, ponieważ za każdymi drzwiami czeka na nie jeszcze więcej męki i strachu, wypełniających każdą komórkę ciała i zalewających wszystkie myśli. Podchodzisz do jednych z drzwi, zza których słychać piekielne zgrzytanie i brzęczenie, przenikające do kości. Zebrawszy resztki odwagi, wyciągasz zimną od przerażenia rękę w stronę klamki drzwi, kiedy nagle ktoś z tyłu dotyka twojego ramienia, a ty, wzdrygnąwszy się z zaskoczenia, obracasz się. "Doktor będzie dostępny za kilka minut. Proszę usiąść, my pana/panią wezwemy" — informuje cię łagodny głos pielęgniarki. Wyraźnie niektórzy ludzie wyobrażają sobie wizytę u dentysty właśnie tak, traktując tych „sadystów” w białych fartuchach bardzo negatywnie. Ale dziś nie będziemy rozmawiać o dentofobii, dzisiaj porozmawiamy o krokodylach. Tak, dokładnie o nich, a ściślej o ich zębach, które nie potrzebują leczenia dentystycznego.
Naukowcy z Uniwersytetu Missouri (USA) przeprowadzili badania zębów krokodyli, które ujawniły interesujące cechy szkliwa tych perfekcyjnych łowców, polegających na swoich szczękach. Co odkryli naukowcy? Czym różnią się zęby nowoczesnych krokodyli od ich prehistorycznych przodków i jakie korzyści przynosi to badanie? O tym dowiemy się z raportu grupy badawczej.
Podstawa badania
Dla większości kręgowców zęby są nieodłącznym elementem zdobywania i spożywania pokarmu (mrówkojady to inna historia). Niektórzy drapieżnicy polegają podczas polowania na szybkość (geparody), inni – na zbiorowość (lwy), a dla niektórych ogromną rolę odgrywa siła ich ugryzienia. Dotyczy to również krokodyli, które podkradają się do swoich ofiar w wodzie i chwytają je swoimi potężnymi szczękami. Aby ofiara nie mogła się wyrwać, chwyt musi być mocny, co wiąże się z dużymi obciążeniami struktury kostnej. Aby zniwelować negatywne skutki swoich potężnych ugryzień, krokodyle mają wtórne kostne podniebienie, które jest nieruchomo połączone z czaszką.
Ilustrowana demonstracja zamykania i otwierania szczęki krokodyla.
Jedną z głównych cech zębów krokodyli jest ich ciągła wymiana na nowe, gdy stare się zużywają. Zęby krokodyli przypominają matrioszkę, w której rozwijają się nowe zęby. Około co 2 lata każdy ząb w szczęce zastępowany jest nowym.
Zwróć uwagę, jak ciasno zamyka się ta „pułapka na zęby”.
Zęby krokodyli dzielą się na kilka kategorii według kształtu i odpowiednich funkcji. Na początku szczęki znajdują się 4 duże kły, które służą do efektywnego chwytania ofiary. W środku znajdują się grubsze zęby, które zwiększają się wzdłuż szczęki. Ta część jest potrzebna do cięcia zdobyczy. U podstawy zęby się rozszerzają i stają się bardziej płaskie, co pozwala krokodylom łamać muszle małży i skorupy żółwi jak nasiona.
Jak silna jest szczęka krokodyla? Oczywiście, zależy to od jego rozmiarów i gatunku. Na przykład, w 2003 roku odkryto, że 272-kilogramowy aligator missisippski gryzie z siłą około 9500 N (N – Newton, 1 N = 1 kg·m/s²). Natomiast 1308-kilogramowy krokodyl krokodyli pokazał zdumiewające około 34500 N. Tak przy okazji, maksymalna siła ugryzienia u człowieka wynosi około 1498 N.
Siła ugryzienia zależy nie tyle od zębów, co od mięśni szczękowych. U krokodyli te mięśnie są bardzo gęste i jest ich dużo. Istnieje jednak wyraźna różnica między bardzo rozwiniętymi mięśniami odpowiedzialnymi za zamykanie szczęki (co daje taką siłę ugryzienia) a słabymi mięśniami odpowiedzialnymi za otwieranie szczęki. To wyjaśnia, dlaczego zamkniętą szczękę krokodyla można utrzymać za pomocą prostego taśmy klejącej.
Pokaż, kto nazwał cię maluchu.
Szczęka krokodyla jest potrzebna nie tylko do bezwzględnych mordów w celu zdobycia pożywienia, ale także do opieki nad swoim potomstwem. Samice krokodyli często przenoszą swoje dzieci właśnie w szczęce (trudno znaleźć dla nich bezpieczniejsze miejsce, bo kto odważyłby się tam wejść). Szczęka krokodyli jest wyposażona w bardzo wrażliwe receptory, dzięki którym mogą regulować siłę ugryzienia, co pozwala im lepiej utrzymać zdobycz lub delikatnie przenieść maluchy.
Zęby człowieka, niestety, nie odrastają po wypadnięciu starych, ale istnieje coś wspólnego z krokodylami – szkliwo.
Obrazek nr 1: ząb kaudalny aligatora mississippińskiego (Alligator mississippiensis).
Emalia to zewnętrzna powłoka części koronowej zęba. To najtwardsza część ciała człowieka, jak i wielu innych kręgowców. Jednakże, jak wiemy, zęby nie zmieniają się na nowe, dlatego nasza emalia musi być grubsza. Natomiast krokodyle wymieniają zużyte zęby na nowe, dlatego nie ma potrzeby mieć grubej emalii. Brzmi to całkiem logicznie, ale czy rzeczywiście tak jest?
Naukowcy twierdzą, że zrozumienie zmian emalii w obrębie jednego taksonu pozwoli w przyszłości lepiej zrozumieć, jak zmienia się struktura emalii w zależności od biomechaniki i diety zwierzęcia.
Krokodyle, a dokładnie Alligator mississippiensis, doskonale nadają się do tego badania z kilku powodów. Po pierwsze, ich zęby, siła ugryzienia i struktura emalii zmieniają się w zależności od wieku i rozmiarów osobnika, co jest również uzależnione od zmian diety. Po drugie, zęby krokodyli mają różną morfologię w zależności od ich położenia w szczęce.
Obrazek nr 2: a i b pokazują różnice w zębach między dużymi a małymi osobnikami, c-e pokazują zęby skamieniałych przodków współczesnych krokodyli.
Zęby rostralne są cienkie i służą do chwytania ofiar, podczas gdy zęby kaudalne są tępe i używane są do łamania z większymi siłami ugryzienia. Innymi słowy, obciążenie na ząb zależy od jego położenia w szczęce oraz od rozmiarów właściciela tej szczęki.
W niniejszym badaniu przedstawiono wyniki analizy i pomiarów absolutnej grubości emalii (AET) oraz znormalizowanej w stosunku do rozmiaru (względnej) grubości emalii (RET) zębów krokodyla.
AET to ocena średniego odstępu od przejścia emalia-dentin do zewnętrznej powierzchni emalii i jest to pomiar liniowy. RET to wielkość bezwymiarowa, która pozwala porównywać względną grubość emalii w różnych skalach.
Naukowcy przeprowadzili ocenę AET i RET zębów rostralnych (w 'nosie' szczęki), pośrednich (w środku szeregu) oraz kaudalnych (u podstawy szczęki) u siedmiu osobników tego gatunku. Alligator mississippiensis.
Ważne jest również to, że struktura szkliwa może zależeć od diety osobnika i całego gatunku. U krokodyli dieta jest niezwykle zróżnicowana (to, co złapały, to będzie obiad), ale różni się od diety ich wymarłych krewnych. Protosuchidae (UCMP 97638), Iharkutosuchus (MTM VER 2018.837) i Allognathosuchus (YPM-PU 16989). Protosuchidae jest przedstawicielem okresu jurajskiego, Iharkutosuchus - okresu kredowego, a Allognathosuchus z eocenu.
Przed rozpoczęciem rzeczywistych pomiarów badacze przeprowadzili burzę mózgów i zaproponowali kilka teoretycznych hipotez:
- hipoteza 1a - ponieważ AET jest miarą liniową i powinna zależeć od rozmiaru, zakłada się, że wariancja w AET będzie najlepiej wyjaśniona rozmiarem czaszki;
- hipoteza 1b - ponieważ RET jest standaryzowane względem rozmiaru, przewiduje się, że wariancja w RET będzie najlepiej wyjaśniona położeniem zęba;
- hipoteza 2a - ponieważ AET i długość czaszki są miarami liniowymi rozmiaru, powinny się skalować z izometrycznym nachyleniem;
- hipoteza 2b - ponieważ zęby ogonowe doświadczają największych sił zwarcia w rzędzie zębowym, zatem RET będzie wyższe w przypadku zębów ogonowych.
W poniższych tabelach przedstawione są dane próbek (czaszki krokodyli gatunku Alligator mississippiensis, pobrane z rezerwatu Rockefellera w Grand Chenier, Luizjana, oraz skamieniałości).
Tabela nr 1: dane skanowania zębów krokodyli (rostralne, międzyczyszczowe i ogonowe).
Tabela nr 2: dane zębów (LSkull - długość czaszki, hCrown - wysokość korony, VE - objętość szkliwa, VD - objętość zębiny, SAEDJ - powierzchnia interfejsu szkliwo-zębina, AET - absolutna grubość szkliwa, RET - względna grubość szkliwa).
Wyniki badania
Zgodnie z danymi dentystycznymi przedstawionymi w tabeli nr 2, naukowcy doszli do wniosku, że grubość szkliwa skaluję się izometrycznie z długością czaszki niezależnie od położenia zęba.
Tabela nr 3: wartości AET i RET w zależności od zmiennych.
Obraz nr 3: skalowanie AET/RET w stosunku do długości czaszki.
Jednocześnie grubość szkliwa na zębach ogonowych jest znacznie większa niż na innych, ale również nie zależy od długości czaszki.
Tabela nr 4: średnie wartości grubości szkliwa u wyższych kręgowców (Crocodyliform – grupa taksonomiczna krokodyli, Dinosaur – dinozaury, Artiodactyl – parzystokopytne, Odontocete – pododdział cetaceów, Perissodactyl – nieparzystokopytne, Primate – naczelne, Rodent – gryzonie).
Obraz nr 4: grubość szkliwa zębów ogonowych jest większa niż innych.
Dane dotyczące skalowania (tabela nr 3) potwierdziły hipotezę 1a, wyjaśniającą zależność wartości AET od długości czaszki, a nie od położenia zęba. Z kolei wartości RET zależą od położenia zęba w szeregu, a nie od długości czaszki, co potwierdza hipotezę 1b.
Pozostałe hipotezy (2a i 2b) również zostały potwierdzone, co wynika z analizy średniej grubości szkliwa zębów o różnym położeniu w szeregu.
Porównanie grubości szkliwa współczesnego aligatora mississipskiego i jego starożytnych przodków ujawniło wiele podobieństw, ale były też różnice. Tak, u Allognathosuchusa grubość szkliwa jest około 33% większa niż u współczesnych krokodyli (obrazek poniżej).
Obraz nr 5: porównanie średniej grubości szkliwa u aligatora i kopalnych krokodyliformów na wysokości korony zęba.
Podsumowując wszystkie powyższe dane, naukowcy doszli do wniosku, że grubość szkliwa bezpośrednio zależy od, że tak powiem, roli zębów. Jeśli zęby są niezbędne do łamania, to ich szkliwo będzie znacznie grubsze. Wcześniej ustalono, że ciśnienie (siła ścisku) zębów ogonowych jest wyższe niż zębów brzusznych. To jest związane właśnie z ich rolą – utrzymywać zdobycz i łamać kości. W ten sposób grubsze szkliwo zapobiega uszkodzeniu zębów, które podczas karmienia są poddawane maksymalnemu obciążeniu. I rzeczywiście, dane wskazują, że zęby ogonowe krokodyli łamią się znacznie rzadziej, mimo poważnych obciążeń.
Ponadto odkryto, że zęby Allognathosuchus mają szkliwo znacznie grubsze niż u pozostałych badanych krokodyliformów. Uważa się, że ten rodzaj wymarły preferował żywienie się żółwiami, a do łamania ich skorup potrzebne są mocne zęby i grube szkliwo.
Naukowcy przeprowadzili również porównanie grubości szkliwa krokodyliformów i niektórych dinozaurów, odpowiadających przypuszczalnej wadze i rozmiarowi. Ta analiza pokazała, że u krokodyliformów szkliwo było grubsze (wykres poniżej).
Obraz nr 6: porównanie grubości szkliwa krokodyli i dinozaurów.
Ciekawe, że szkliwo u tyranozaura miało praktycznie tę samą grubość, co u znacznie mniejszego Allognathosuchusa i nawet współczesnych krokodyli. Logicznym wyjaśnieniem struktury zęba krokodyli są ich zachowania związane z polowaniem i dietą.
Jednak pomimo swoich rekordów, szkliwo archosaurów (krokodyle, dinozaury, pterozaury itp.) jest cieńsze niż u ssaków.
Obraz nr 7: porównanie grubości szkliwa (AET) krokodyli i niektórych gatunków ssaków.
Dlaczego więc szkliwo drapieżników, które w dużym stopniu polegają na swoich szczękach, jest cieńsze niż u ssaków? Odpowiedź na to pytanie pojawiła się już na początku – wymiana zużytych zębów na nowe. Choć krokodyle mają mocne zęby, nie potrzebują, że tak powiem, nadzwyczaj mocnych, ponieważ nowy ząb zawsze zajmie miejsce zepsutego. Ssaki (w większym stopniu) nie mają takiego talentu.
Obraz nr 8: porównanie grubości szkliwa (RET) krokodyli i niektórych gatunków ssaków.
Mówiąc dokładniej, grubość szkliwa u archosaurów waha się od 0.01 do 0.314 mm, a u ssaków od 0.08 do 2.3 mm. Różnica, jak widać, jest znacząca.
Aby lepiej zapoznać się z niuansami badania, polecam zajrzeć do
Epilog
Zęby, jak by to nie brzmiało, są niezwykle ważnym narzędziem w zdobywaniu pożywienia. Tak, współczesny człowiek zawsze może naprawić wszelkie wady związane z zębami, ale w dzikiej przyrodzie nie ma stomatologów. Nawet człowiek nie zawsze wiedział, co to jest leczenie zębów. Dlatego niektóre gatunki wybierają mocne i trwałe zęby, inne preferują wymieniać je jak rękawice. Krokodyle i ich dalecy krewni można zakwalifikować do obu grup. Szkliwo na zębach, które są niezbędne do efektywnego trzymania ofiary i łamania kości, u krokodyli jest dość grube, ale biorąc pod uwagę poważne obciążenia, ich zęby i tak się ścierają i czasami łamią. W takich przypadkach na miejsce starego zęba przychodzi nowy.
Człowiek ma jedną z charakterystycznych cech — przeciwstawny duży palec, który bardzo nam pomógł w wielu działaniach, od „uchwycenia kija i uderzenia natarczywego sąsiada gałęzią” do „wzięcia pióra i napisania sonetu”. Dla krokodyli takim narzędziem są ich szczęki, a w szczególności zęby. To właśnie ta część ciała czyni krokodyle tak niebezpiecznymi i śmiertelnymi myśliwymi, których należy unikać.
Piątkowy offtop:
Bardzo ciekawy i estetycznie ładny krótkometrażowy film animowany, w którym krokodyl — to nie do końca krokodyl.
Film o tym, jak nie należy ufać podejrzanym „kłodom” w wodzie, zwłaszcza jeśli jesteś antylopą gnu.
Dziękuję za uwagę, bądźcie ciekawi i życzę wszystkim udanego weekendu, chłopaki! 🙂
Dziękujemy, że z nami jesteś. Czy podobają Ci się nasze artykuły? Chcesz widzieć więcej interesujących materiałów? Wspieraj nas składając zamówienie lub polecając znajomym, 30% zniżki dla użytkowników Habr na unikalny odpowiednik serwerów entry-level, który został stworzony przez nas dla Ciebie: (dostępne opcje z RAID1 i RAID10, do 24 rdzeni i do 40GB DDR4).
Dell R730xd dwa razy tańszy? Tylko u nas w Holandii! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — od 99 dolarów! Czytaj o tym
Źródło: habr.com
