Ви заходите в коридор із приглушеним світлом, у ньому вам зустрічаються знедолені душі, що мучить біль і страждання. Але їм не буде тут спокою, бо за кожними з дверей на них чекає ще більше мук і страху, що наповнюють усі клітини тіла та заполонюють усі думки. Ви підходите до однієї з дверей, за якою чується пекельний скрегіт і дзижчання, що пробирають до кісток. Зібравши залишки сміливості в кулак, ви простягаєте холодну від жаху руку до ручки дверей, як раптом хтось ззаду стосується вашого плеча, і ви, здригнувшись від несподіванки, обертаєтеся. «Доктор звільниться за кілька хвилин. Сядьте поки що, ми вас покличемо», — повідомляє вам ніжний голос медсестри. Мабуть саме так уявляють похід до стоматолога деякі люди, які до цих «садистів» у білих халатах ставляться вкрай негативно. Але ми сьогодні не говоритимемо про дентофобію, ми говоритимемо про крокодилів. Так-так, саме про них, а точніше про їхні зубки, які стоматологічного лікування не потребують.
Вчені з університету Міссурі (США) провели дослідження зубів крокодилів, яке показало цікаві особливості емалі цих бездоганних мисливців, які покладаються якраз на свої щелепи. Що з'ясували вчені, чим відрізняються зуби сучасних крокодилів від їхніх доісторичних родичів і яка користь від цього дослідження? Про це ми дізнаємось із доповіді дослідницької групи.
Основа дослідження
Для більшості хребетних зуби є невід'ємним атрибутом отримання та вживання їжі (мурахоїди не враховуються). Деякі з хижаків покладаються під час полювання на швидкість (гепарди), деякі на колектив (леви), а для деяких величезну роль грає сила їхнього укусу. Це стосується і крокодилів, які підкрадаються до своїх жертв у воді та хапають їх своїми потужними щелепами. Щоб жертва не змогла вирватися, захоплення має бути потужним, а це виливається у великі навантаження на кісткову структуру. Щоб нівелювати негативний ефект своїх потужних укусів, у крокодилів є вторинне кісткове піднебіння, яке нерухомо з'єднане з черепом.
Наочна демонстрація закриття та відкриття щелепи крокодила.
Однією з основних особливостей крокодилячих зубів є їхня постійна заміна на нові, коли старі зношуються. Справа в тому, що зуби крокодилів нагадують матрьошку, усередині якої розвиваються нові зуби. Приблизно раз на 2 роки кожен із зубів у щелепі змінюється на нові.
Зверніть увагу, наскільки щільно замикається ця «зубна капкан».
Зуби крокодилів поділяються на кілька категорій за формою та відповідним функціоналом. На початку щелепи є по 4 великі ікла, які потрібні для ефективного захоплення видобутку. У середині розташовані товстіші зубки, які збільшуються вздовж щелепи. Ця частина потрібна для розрізання видобутку. В основі зуби розширюються і стають більш плоскими, що дозволяє крокодилам розкушувати раковини молюсків і панцирі черепах, як насіння.
Наскільки ж сильна щелепа крокодила? Звичайно, це залежить від його розмірів та виду. Наприклад, у 2003 році з'ясували, що 272-кілограмовий міссісипський алігатор кусає із силою 9500 Н (Н — Ньютон, 1 Н = 1 кг·м/с2). А ось 1308-кілограмовий гребнистий крокодил продемонстрував дивовижні ~34500 Н. До речі, абсолютна сила укусу у людини становить приблизно 1498 Н.
Сила укусу залежить не так від зубів, як від щелепних м'язів. У крокодилів ці м'язи дуже щільні та їх багато. Однак існує сильна різниця між дуже розвиненими м'язами, які відповідають за закриття пащі (що і дає таку силу укусу), і слабкими м'язами, що відповідають за відкриття пащі. Це пояснює, чому закриту пащу крокодила можна втримати за допомогою простого скотчу.
Ану, покажи, хто тебе малям назвав.
Але щелепа крокодилам потрібна не тільки для безжальних вбивств заради прожитку, а й для піклування про своє потомство. Самки крокодилів часто переносять своїх дитинчат саме в щелепи (складно знайти безпечніше для них місце, бо хтось надумає туди лізти). Паща крокодилів оснащена дуже чутливими рецепторами, завдяки яким вони можуть регулювати силу прикусу, що дозволяє їм краще утримувати видобуток або акуратно переносити дітей.
Зуби людини, на жаль, не відростають після випадання старих, але є щось спільне з крокодилами – емаль.
Зображення №1: каудальний зуб міссісіпського алігатора (Alligator mississippiensis).
Емаль - це зовнішня оболонка коронкової частини зуба. Це найміцніша частина тіла людини, як і багатьох інших хребетних. Однак у нас, як ми знаємо, зуби не змінюються на нові, тому наша емаль має бути товщою. А ось у крокодилів зношені зуби змінюються на нові, тому в товстій емалі не потрібно. Звучить цілком логічно, чи так все насправді?
Вчені кажуть, що розуміння змін емалі всередині одного таксону дозволять надалі краще пам'ятати, як змінюється структура емалі залежно від біомеханіки та дієти тварини.
Крокодили, а саме алігатор mississippiensis, добре підходять цього дослідження з низки причин. По-перше, їх зуби, сила укусу та структура емалі змінюються в залежності від віку та розмірів особини, що обумовлено ще й зміною дієти. По-друге, зуби крокодилів мають різну морфологію залежно від становища щелепи.
Зображення №2: а і b показують різницю зубів між великими і дрібними особинами, с-е показують зуби копалин предків сучасних крокодилів.
Ростральні зуби тонкі та використовуються для захоплення видобутку, у той час як каудальні зуби тупі та використовуються для дроблення з вищими силами укусу. Тобто навантаження на зуб залежить від його положення в щелепі і від розмірів власника цієї щелепи.
У цьому дослідженні представлені результати аналізу та вимірювань абсолютної товщини емалі (AET) та стандартизованої за розміром (відносної) товщини емалі (RET) зубів крокодила.
AET є оцінкою середньої відстані від емалі-дентинового переходу до зовнішньої поверхні емалі і являє собою лінійний вимір. А RET - це безрозмірна величина, яка дозволяє порівнювати відносну товщину емалі у різних масштабах.
Вчені провели оцінку AET і RET рострального (у «носі» щелепи), проміжного (у середині ряду) та каудального (під підстави щелепи) зубів у семи особин виду алігатор mississippiensis.
Важливо також відзначити, що структура емалі може залежати від дієти особини та всього виду загалом. У крокодилів дієта дуже велика (що зловили, те й буде обідом), але вона відрізняється від тієї, що була у їхніх родичів, які вже давно вимерли. Щоб перевірити це з погляду емалі, вчені провели аналіз AET та RET копалин. Protosuchidae (UCMP 97638), Iharkutosuchus (MTM VER 2018.837) та Allognathosuchus (YPM-PU 16989). Protosuchidae є представником юрського періоду, Iharkutosuchus - крейдяного періоду, а Allognathosuchus з еоцену.
Перед початком фактичних вимірів дослідники провели мозковий штурм та запропонували кілька теоретичних гіпотез:
- гіпотеза 1а - оскільки AET є лінійною мірою і повинна залежати від розміру, передбачається, що дисперсія в AET найкраще пояснюватиметься розміром черепа;
- гіпотеза 1b - оскільки RET стандартизований за розміром, передбачається, що дисперсія в RET буде найкраще пояснена положенням зуба;
- гіпотеза 2а - оскільки AET і довжина черепа є лінійними мірами розміру, вони повинні масштабуватися з ізометричним нахилом;
- гіпотеза 2b - оскільки каудальні зуби зазнають найбільших сил прикусу в зубному ряду, отже RET буде вище у каудальних зубів.
У таблицях нижче представлені дані зразків (черепа крокодилів виду алігатор mississippiensis, взяті із заповідника Рокфеллера в Гранд Шеньє, Луїзіана, і копалин).
Таблиця №1: дані сканування зубів крокодилів (ростральні, проміжні та каудальні).
Таблиця №2: дані зубів (LSkull – довжина черепа, hCrown – висота коронки, VE – обсяг емалі, VD – обсяг дентину, SAEDJ – площа інтерфейсу емаль-дентин, AET – абсолютна товщина емалі, RET – відносна товщина емалі).
Результати дослідження
Відповідно до дентальних даних, представлених у таблиці №2, вчені дійшли висновку, що товщина емалі масштабується ізометрично з довжиною черепа незалежно від положення зуба.
Таблиця №3: значення AET та RET залежно від змінних.
Зображення №3: масштабування AET/RET по відношенню до довжини черепа.
У той же час, товщина емалі на каудальних зубах значно більша, ніж на інших, але це також не залежить від довжини черепа.
Таблиця №4: середні значення товщини емалі у вищих хребетних (Crocodyliform - позатаксонова група крокодилів, Dinosaur - динозаври, Artiodactyl - парнокопитні, Odontocete - підряд китоподібних, Perissodactyl - непарнокопитні, Primate - примати, Rodent.
Зображення №4: товщина емалі каудальних зубів більша за інші.
Дані щодо масштабування (таб. №3) підтвердили гіпотезу 1а, що пояснює залежність значення AET від довжини черепа, а не положення зуба. А ось значення RET, навпаки, залежать від положення зуба в ряду, а не від довжини черепа, що підтверджує гіпотезу 1b.
Інші гіпотези (2а та 2b) також були підтверджені, що випливає з даних аналізу середньої товщини емалі зубів з різним розташуванням у ряду.
Порівняння товщини емалі у сучасного міссісипського алігатора та його давніх прабатьків показало багато спільного, але були й відмінності. Так, у Allognathosuchus товщина емалі приблизно на 33% більше, ніж у сучасних крокодилів (зображення нижче).
Зображення №5: порівняння середньої товщини емалі у алігатора і крокодилових копалин по висоті зубної коронки.
Підсумовуючи всі перераховані вище дані, вчені дійшли висновку, що товщина емалі безпосередньо залежить від, так би мовити, ролі зубів. Якщо ці зуби необхідні для дроблення, їх емаль буде значно товщі. Раніше було встановлено, що тиск (сила стиснення) каудальних зубів вищий, ніж ростральний. Це пов'язано саме з їхньою роллю — утримувати видобуток та дробити кістки. Таким чином, товстіша емаль запобігає пошкодженню зубів, які під час живлення піддаються максимальному навантаженню. Дані говорять про те, що каудальні зуби у крокодилів ламаються значно рідше, незважаючи на серйозні навантаження.
Крім того, було виявлено, що у зубів Allognathosuchus емаль значно товщі, ніж в інших досліджених крокодилових. Вважається, що цей викопний вигляд хотів харчуватися черепахами, а для дроблення їх панцирів потрібні міцні зубки та товста емаль.
Вчені також провели порівняння товщини емалі крокодилових і деяких динозаврів, відповідної ваги і розміру. Цей аналіз показав, що у крокодилових емаль була товща (діаграма нижче).
Зображення №6: порівняння товщини емалі крокодилових та динозаврів.
Цікаво, що емаль у тиранозавриду була практично такою ж товщиною, що й у значно меншого за розмірами Allognathosuchus і навіть сучасних крокодилів. Логічно, що структура зуба крокодилів пояснюється їх звичками в аспектах полювання та дієти.
Однак, незважаючи на свої рекорди, емаль у архозаврів (крокодили, динозаври, птерозаври тощо) тонша, ніж у ссавців.
Зображення №7: порівняння товщини емалі (AET) крокодилів та деяких видів ссавців.
Чому ж емаль мисливців, що так сильно покладаються на свої щелепи, тонша, ніж у ссавців? Відповідь на це питання була ще на початку – заміна зношених зубів на нові. Хоч у крокодилів і міцні зубки, але їм не потрібні, так би мовити, надміцні, тому що новий зуб завжди прийде на заміну зламаному. У ссавців (переважно) такого таланту немає.
Зображення №8: порівняння товщини емалі (RET) крокодилів та деяких видів ссавців.
Якщо точніше, то товщина емалі у архозаврів варіюється в діапазоні від 0.01 до 0.314 мм, а у ссавців від 0.08 до 2.3 мм. Різниця, як кажуть, в наявності.
Для більш детального ознайомлення з нюансами дослідження рекомендую заглянути в
Епілог
Зуби, як дивно це не звучало, є вкрай важливим інструментом у видобутку їжі. Так, сучасна людина завжди може виправити будь-який дефект, пов'язаний із зубами, але серед представників дикої природи стоматологів немає. Навіть людина не завжди знала, що таке лікування зубів. Тому одні види вибирають міцні і довговічні зуби, інші воліють міняти, їх як рукавички. Крокодилів та їхніх далеких родичів можна віднести до обох груп. Емаль на зубах, які необхідні для ефективного утримання видобутку та дроблення кісток, у крокодилів досить товста, але з огляду на серйозні навантаження їх зуби все одно зношуються і іноді ламаються. У таких на місце старого зуба приходить новий.
Для людини однією з відмінних рис є протипоставлений великий палець, який дуже сильно допомагав нам у багатьох починаннях, починаючи від «взяти палицю і довбати докучливого сусіда по гілці» і закінчуючи «взяти перо і написати сонет». Для крокодилів таким інструментом є їх щелепи, зокрема зуби. Саме ця частина тіла робить з крокодилів таких небезпечних і смертоносних мисливців, яких варто обминати.
П'ятничний офф-топ:
Дуже цікавий та естетично красивий короткометражний мульт, у якому крокодил – не зовсім крокодил.
Мульт про те, як не можна довіряти підозрілим «колодям» у воді, особливо якщо ти антипу гну.
Дякую за увагу, залишайтесь цікавими та відмінними всім вихідними, хлопці! 🙂
Дякую, що залишаєтеся з нами. Вам подобаються наші статті? Бажаєте бачити більше цікавих матеріалів? Підтримайте нас, оформивши замовлення або порекомендувавши знайомим, 30% знижка для користувачів Хабра на унікальний аналог entry-level серверів, який був винайдений нами для Вас: (Доступні варіанти з RAID1 і RAID10, до 24 ядер і до 40GB DDR4).
Dell R730xd у 2 рази дешевше? Тільки в нас у Нідерландах! Dell R420 – 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB – від $99! Читайте про те
Джерело: habr.com