Tandfen har inget arbete här: strukturen av tandemalj hos krokodiler och deras förhistoriska förfäder

Du går in i en korridor med dämpad belysning, där du möter hemlösa själar plågade av smärta och lidande. Men de kommer inte att finna någon ro här, för bakom varje dörr väntar ännu fler plågor och skräck som fyller varje cell i kroppen och genomsyrar alla tankar. Du närmar dig en av dörrarna bakom vilken ett helvetiskt skrapande och surrande hörs, som går genom märg och ben. Samlande det sista av ditt mod sträcker du den kalla, skräckslagna handen mot dörrhandtaget, när någon plötsligt rör vid din axel bakifrån, och du hoppar till av överraskning och vänder dig om. "Doktorn kommer att vara ledig om några minuter. Sätt dig gärna ner så kallar vi på dig," säger en mild röst från sjuksköterskan. Tydligen föreställer sig vissa människor besöket hos tandläkaren på det här sättet; de som har en extremt negativ inställning till dessa "sadister" i vita rockar. Men vi ska inte prata om tandfobi idag, vi ska prata om krokodiler. Jo, just om dem, mer specifikt om deras tänder, som inte behöver tandvård.

Forskare vid University of Missouri (USA) har genomfört en studie av krokodilernas tänder, som visade intressanta egenskaper hos emaljen hos dessa felfria jägare, som helt förlitar sig på sina käkar. Vad kom forskarna fram till, hur skiljer sig tänderna hos moderna krokodiler från deras förhistoriska släktingar och vilken nytta har vi av denna forskningen? Det får vi veta i rapporten från forskargruppen.

Forskningsgrund

För de flesta ryggradsdjur är tänder en oumbärlig del av att fånga och konsumera mat (myrslokar inte inräknade). Vissa rovdjur förlitar sig under jakten på hastighet (serfer), andra på gemenskap (lejon), och för vissa spelar kraften i deras bett en stor roll. Detta gäller även krokodiler, som smyger sig på sina byten i vattnet och griper dem med sina kraftfulla käkar. För att bytet inte ska kunna fly måste gripandet vara kraftfullt, vilket leder till stora belastningar på den beniga strukturen. För att motverka den negativa effekten av sina kraftfulla bett har krokodiler ett sekundärt benigt gom som är oskiljaktigt kopplat till skallen.

Visuell demonstration av stängning och öppning av en krokodils käke.

En av de främsta egenskaperna hos krokodilernas tänder är deras kontinuerliga ersättning med nya, när de gamla är slitna. Tänderna hos krokodiler påminner om en rysk docka, där nya tänder utvecklas inuti. Ungefär vartannat år byts var och en av tänderna i käken ut mot nya.

Observera hur tätt denna "tandfälla" stängs.

Krokodilernas tänder delas upp i flera kategorier baserat på form och funktion. I början av käken finns fyra stora hörntänder som behövs för effektiv fångst av byte. I mitten finns tjockare tänder som ökar i storlek längs käken. Denna del används för att skära i bytet. Vid basen vidgas tänderna och blir plattare, vilket gör det möjligt för krokodiler att knäcka skalen på snäckor och sköldpaddor som om det vore frön.

Hur stark är en krokodils käft? Detta beror naturligtvis på dess storlek och art. Till exempel 2003 visade det sig att en 272-kilos mississippialligator biter med en kraft av ungefär 9500 N (N – Newton, 1 N = 1 kg·m/s²). Å andra sidan visade en 1308-kilos krökt krokodil en otrolig kraft på ungefär 34500 N. För övrigt är den absoluta bettstyrkan hos människor ungefär 1498 N.

Bettstyrkan beror inte så mycket på tänderna utan på käkmusklerna. Hos krokodiler är dessa muskler mycket starka och det finns många av dem. Det finns dock en stor skillnad mellan de mycket utvecklade muskler som ansvarar för att stänga käken (vilket ger sådan bettstyrka) och de svagare muskler som ansvarar för att öppna käken. Detta förklarar varför man kan hålla en stängd krokodilkäft med vanlig tejp.

Kom igen, visa vem som kallade dig för en liten sak.

Men käften hos krokodiler behövs inte bara för grymma dödsfall för att försörja sig, utan också för att ta hand om sin avkomma. Honkrokodiler bär ofta sina ungar i käften (det är svårt att hitta en säkrare plats för dem, vem skulle våga sticka dit?). Krokodilernas käkar är utrustade med mycket känsliga receptorer, vilket gör att de kan reglera bettstyrkan, vilket bättre gör att de kan hålla fast bytet eller försiktigt bära sina barn.

Tyvärr växer inte människans tänder ut igen efter att de gamla har fallit ut, men det finns något gemensamt med krokodiler — emalj.

Bild №1: caudala tand av Mississippi-alligators (Alligator mississippiensis).

Emalj är det yttre skalet av tandens kronparti. Det är den starkaste delen av människokroppen, liksom hos många andra ryggradsdjur. Men hos oss, som vi vet, byts tänderna inte ut mot nya, så vår emalj måste vara tjockare. Men krokodiler byter ut sina slitna tänder mot nya, så det finns inget behov av tjock emalj. Låter rimligt, men är det verkligen så?

Forskare säger att förståelsen av emaljens förändringar inom en taxa kommer att göra det möjligt att bättre förstå hur emaljstrukturen förändras beroende på djurets biomekanik och diet.

Krokodiler, mer specifikt Alligator mississippiensis, lämpar sig utmärkt för denna studie av flera skäl. För det första förändras deras tänder, bettets kraft och emaljstruktur beroende på individens ålder och storlek, vilket också påverkas av dieten. För det andra har krokodilers tänder olika morfologi beroende på deras position i käken.

Bild №2: a och b visar skillnaden mellan tänderna hos stora och små individer, c-e visar tänder från fossila förfäder till moderna krokodiler.

Rostral tänder är tunna och används för att fånga byten, medan caudala tänder är trubbiga och används för att krossa med högre bettkraft. Med andra ord beror trycket på tanden av dess position i käken och storleken på ägaren av den käken.

Denna studie presenterar resultaten av analys och mätningar av absolut emaljtjocklek (AET) och storleksstandardiserad (relativ) emaljtjocklek (RET) hos krokodiltänder.

AET representerar en uppskattning av det genomsnittliga avståndet från emalj-dentinövergången till den yttre ytan av emaljen och är en linjär mätning. RET är en dimensionslös mängd som möjliggör jämförelser av relativ emaljtjocklek i olika skala.

Forskare har utvärderat AET och RET för rostrala (i "nosen" av käken), intermediära (i mitten av raden) och caudala (vid basen av käken) tänder hos sju individer av arten. Alligator mississippiensis.

Det är också viktigt att notera att emaljstrukturen kan bero på individens kost och arten i stort. Krokodilers diet är mycket omfattande (vad de fångar blir deras lunch), men skiljer sig från den diet som deras släktingar, som redan har dött ut, hade. För att kontrollera detta ur ett emaljperspektiv genomförde forskare en analys av AET och RET av fossiler. Protosuchidae (UCMP 97638), Iharkutosuchus (MTM VER 2018.837) och Allognathosuchus (YPM-PU 16989). Protosuchidae är en representant för jura perioden, Iharkutosuchus — krita perioden, och Allognathosuchus från eocen.

Innan de faktiska mätningarna genomförde forskarna brainstorming och föreslog flera teoretiska hypoteser:

• hypotes 1a — eftersom AET är ett linjärt mått och bör bero på storlek, antas spridningen i AET förklaras bäst av skallen storlek;
• hypotes 1b — eftersom RET är standardiserad efter storlek, antas spridningen i RET förklaras bäst av tandens position;
• hypotes 2a — eftersom AET och längden på skallen är linjära mått på storlek, bör de skalas med en isometrisk lutning;
• hypotes 2b — eftersom de kaudala tänderna utsätts för de största bettkrafterna i tandraden, därför kommer RET vara högre hos de kaudala tänderna.

I tabellerna nedan presenteras data från prover (krokodilers skall av arten Alligator mississippiensis, hämtade från Rockefellerreservatet i Grand Chenier, Louisiana, och fossiler).

Tabell 1: data för skanning av krokodil-tänder (rostala, intermediära och kaudala).

Tabell 2: data för tänder (LSkull — skallen längd, hCrown — krönens höjd, VE — emaljens volym, VD — dentinens volym, SAEDJ — ytan för emalj-dentingränsen, AET — absolut emalj tjocklek, RET — relativ emalj tjocklek).

Forskningsresultat

I enlighet med de tanddata som presenteras i tabell 2 drog forskarna slutsatsen att emaljens tjocklek skalas isometriskt med skallen längd oavsett tandens position.

Tabell 3: värdena för AET och RET i förhållande till variabler.

Bild 3: skalning av AET/RET i förhållande till skallen längd.

Samtidigt är emaljens tjocklek på de kaudala tänderna betydligt större än på andra, men detta beror också inte på skallen längd.

Tabell nr 4: genomsnittliga värden för emaljtjocklek hos högre ryggradsdjur (Crocodyliform — en icke-taksonomisk grupp av krokodiler, Dinosaur — dinosaurier, Artiodactyl — partåiga djur, Odontocete — underordningen tandvalar, Perissodactyl — udda-tåiga djur, Primate — primater, Rodent — gnagare).

Bild nr 4: tjockleken på emaljen hos halshålen är större än hos andra.

Data angående skalning (tab. nr 3) bekräftade hypotesen 1a, som förklarar beroendet av AET-värdet från skallelängden, snarare än tandens position. Å andra sidan beror RET-värdena på tandens position i raden, men inte på skallelängden, vilket bekräftar hypotes 1b.

De övriga hypoteserna (2a och 2b) bekräftades också, vilket framgår av dataanalysen av genomsnittlig emaljtjocklek hos tänder med olika positioner i raden.

Jämförelsen av emaljtjockleken hos den moderna Mississippi-alligatern och dess forntida förfäder visade många likheter men även skillnader. Således är emaljtjockleken hos Allognathosuchus cirka 33 % tjockare än hos moderna krokodiler (bilden nedan).

Bild nr 5: jämförelse av genomsnittlig emaljtjocklek hos alligator och fossiliserade krokodiler baserat på höjd av tandkrona.

Genom att sammanfatta all ovan nämnd data drog forskarna slutsatsen att emaljtjocklek direkt beror på, så att säga, tandernas roll. Om dessa tänder behövs för att krossa, så kommer deras emalj att vara betydligt tjockare. Tidigare har det fastställts att trycket (kompressionskraft) på halshålen är högre än på de främre tänderna. Detta beror på deras roll — att hålla bytet och krossa ben. Således förhindrar tjockare emalj skador på tänder som under utfodring utsätts för maximalt tryck. Faktum är att data visar att halshålen hos krokodiler går sönder betydligt mer sällan, trots allvarliga påfrestningar.

Dessutom har det upptäckts att hos tänder Allognathosuchus emaljen är betydligt tjockare än hos övriga undersökta krokodiler. Det anses att denna fossila art föredrog att äta sköldpaddor, och för att krossa deras skal krävs starka tänder och tjock emalj.

Forskare har också genomfört en jämförelse av emaljtjockleken hos krokodiler och vissa dinosaurier med motsvarande antagande vikt och storlek. Denna analys visade att krokodiler hade tjockare emalj (diagrammet nedan).

Bild nr 6: jämförelse av emaljtjockleken hos krokodiler och dinosaurier.

Intressant nog hade T. rex emaljen som var nästan lika tjock som hos den betydligt mindre Allognathosuchus och till och med moderna krokodiler. Det är logiskt att tandstrukturen hos krokodiler förklaras av deras beteenden i jakt och kost.

Trots sina rekord är emaljen hos arkosaurier (krokodiler, dinosaurier, pterosaurier osv.) tunnare än hos däggdjur.

Bild nr 7: jämförelse av emaljtjockleken (AET) hos krokodiler och vissa däggdjursarter.

Varför är emaljen hos jägare, som är starkt beroende av sina käkar, tunnare än hos däggdjur? Svaret på denna fråga ligger redan i början – ersättningen av slitna tänder med nya. Även om krokodiler har starka tänder behöver de inte vara överdrivet hållbara, eftersom en ny tand alltid kommer att ersätta en trasig. Däremot har däggdjur (i större utsträckning) inte denna talang.

Bild nr 8: jämförelse av emaljtjockleken (RET) hos krokodiler och vissa däggdjursarter.

Mer exakt varierar emaljtjockleken hos arkosaurier från 0,01 till 0,314 mm, medan den för däggdjur ligger mellan 0,08 och 2,3 mm. Skillnaden är som man säger, uppenbar.

För en mer detaljerad förståelse av forskningsnyanserna rekommenderar jag att du kollar in forskarnas rapport.

Epilog

Tänder, hur konstigt det än kan låta, är ett extremt viktigt verktyg för att fånga föda. Ja, moderna människor kan alltid korrigera något fel relaterat till tänder, men bland djurrikets representanter finns det inga tandläkare. Även människor har inte alltid vetat vad tandbehandling är. Därför väljer vissa arter starka och hållbara tänder, medan andra föredrar att byta ut dem som handskar. Krokodiler och deras avlägsna släktingar kan tillhöra båda grupperna. Emaljen på de tänder som behövs för effektiv fångst och krossning av ben är ganska tjock hos krokodiler, men med tanke på de stora belastningarna slits deras tänder ändå och bryts ibland. I sådana fall kommer en ny tand för att ersätta den gamla.

För människan är en av de mest utmärkande dragen den motsatta stortån, som har hjälpt oss enormt i många företag, allt från att "plocka upp en pinne och slå den där irriterande grannen med den" till att "ta en penna och skriva en sonett". För krokodiler är däremot deras käkar, särskilt tänderna, ett sådant verktyg. Just denna del av kroppen gör krokodiler till så farliga och dödliga jägare som man bör undvika.

Fredags-off-topic:

Tack för er uppmärksamhet, förbli nyfikna och ha en fantastisk helg, grabbar! 🙂

Tack för att ni stannar med oss. Gillar ni våra artiklar? Vill ni se mer intressant material? Stöd oss genom att göra en beställning eller rekommendera oss till vänner, 30% rabatt för Habr-användare på vårt unika alternativ till entry-level servrar, som vi har designat för er: Allt om VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 kärnor) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps från $20, eller hur man korrekt delar upp en server? (alternativ med RAID1 och RAID10 finns tillgängliga, upp till 24 kärnor och upp till 40GB DDR4).

Dell R730xd till halva priset? Bara hos oss 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100TB från $199 i Nederländerna! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — från $99! Läs om Hur man bygger en företagsinfrastruktur med Dell R730xd E5-2650 v4-servrar som kostar 9000 euro för en bråkdel?

Källa: habr.com