为了吃肉,它们给脆皮的牙镀上了......铁

作者: 地星引力

来源: 科学大院

发布日期: 2024-08-12 07:00:33

科学家通过研究科莫多巨蜥的牙齿发现,这些爬行动物在牙齿生长时利用体内铁元素形成了一层富含氧化铁的条带,即镀铁膜,这极大地增加了牙齿的锋利度,帮助它们更顺利地捕食。这一发现揭示了爬行动物如何通过巧妙的生物机制来弥补牙齿结构的脆弱性,以满足高强度捕食的需求。

爬行动物们在地球演化史上主宰了地球的陆地生态系统数亿年,它们中的许多成员都是体型庞大的捕食者,尤其是一些令人望而生畏的恐龙,比如霸王龙和棘龙。长久以来,肉食性恐龙张着血盆大口捕食猎物的印象深入人心。可能你会好奇,科学家是如何判断恐龙是吃肉的还是吃草的呢?

一个重要依据是它们的嘴——上下颌的骨骼形状能说明肌肉发达程度,从而可以推断出它们的咬合力和一部分捕食习性来;还有就是它们嘴中的牙齿,作为最主要的捕食工具,其形态和分布也是说明这些生物捕食习性的直接证据。然而正是在研究牙齿的过程中,科学家发现了一个难题:爬行动物的牙齿相对比较脆弱,似乎很难满足高强度捕食的需求。

要想理解爬行动物牙齿的特点,以及牙齿和食性的关系,我们不妨首先简单了解一下哺乳动物的牙。

哺乳动物的牙一般分为四种不同的形态:犬齿、门齿、前臼齿和臼齿,它们各自有不同的形态,也因此具备了不同的功能。比如犬齿是相对尖而长的牙齿,它们一般就是杀死猎物的武器以及撕裂食物的工具;门齿广泛存在于杂食性动物和食草动物中,它们的形态是扁平的,起到了切断植物茎秆、咬开果实外壳的作用;前臼齿带有两个尖齿,用于切割和研磨;臼齿则有多种形态,其平面上有不同的纹路,就像石磨一样,主要用于磨碎食物。

哺乳动物的牙齿组成和结构与食性有着密切关系。对于食草动物来说,其牙齿就会有更发达的门齿和臼齿,犬齿退化或消失;对于食肉动物来说,其牙齿中的前臼齿和臼齿数量可能会减少、消失或特化,而犬齿的数量和形态则会增加和改变。但是,爬行动物的牙齿与哺乳动物相比要简单得多。

固然,不同种类的爬行动物在牙齿形态上有所差异:有些爬行动物的牙齿小而密,形似尖钉;有些爬行动物的牙齿大而稀疏;有些形态像是弯刀,有些还长有毒牙(比如蛇),有些却干脆没有牙(乌龟);还有些爬行动物的牙齿上带有细密的锯齿,或者是有多个尖。但是往往同一种爬行动物的牙齿,其形态只有一种,并不会如哺乳动物一般出现4种截然不同的形态的牙齿的情况。

了解了爬行动物和哺乳动物的牙齿形态,令科学家疑惑的点来了——爬行动物的牙齿是远远不如哺乳动物牢固的,它们是如何实现顺利捕食的?爬行动物,比如鳄鱼,它们的牙齿是不断更换的。鳄鱼每年会更换一次牙齿,其一生中最多可以更换50次牙齿,换牙总数高达3000颗。与之相比,以人类为代表的大部分哺乳动物,在成年后掉了牙齿,不会再有新牙齿生长出来。

这是因为爬行动物的牙齿仅仅是比较简单地附着在颌骨上,比较容易掉落;而哺乳动物的牙齿会长在颌骨中的一个特定凹槽——牙槽中。在这一点上,绝大多数爬行动物的牙齿是不如哺乳动物牙齿牢固的。

其次,在牙齿成分上,哺乳动物的牙齿有更厚的牙釉质——这是牙齿的最外层,也是哺乳动物体内最坚硬的物质了。而相比之下,爬行动物的牙釉质厚度比哺乳动物薄很多,即使是体型最大的捕食性恐龙,其牙釉质绝对厚度也只有人类牙齿的10~20%。因此,从结构和成分上来看,爬行动物们的牙齿都远比哺乳动物们脆弱,但是它们却主宰了地球数亿年,其中还发展出恐龙这种庞然大物来,它们的牙齿是如何满足捕食这种高强度需求的?

对于爬行动物的牙齿强度之谜,有些科学家认为一个关键点在于爬行动物的牙齿形状。许多毫无亲缘关系的肉食性爬行动物都演化出相似的牙齿形状来——形似弯刀,边缘带有锯齿。科学家们认为这种形态可能有助于爬行动物顺利切开猎物的皮肤和血肉,因而才能一次又一次趋同演化出这种类似的牙齿形态。最近,科学家为了更进一步确认这一点,对科莫多巨蜥的牙齿进行了精细研究。

科莫多巨蜥是目前世界上现存的体型最大的蜥蜴,主要生活在印度尼西亚科莫多岛上,其长度一般在2米以上,体重可达50~70千克。它们是岛上的顶级猎食者,猎物各种包括无脊椎动物、鸟类和哺乳动物(有时甚至包括人类)。它们的牙齿形态与许多种早已灭绝的肉食性恐龙非常相似,因此科学家希望通过研究它们的牙齿解决一些疑问。

在这次研究中,科学家们发现了这类牙齿之前一直被忽视的一个特性:所有未磨损的牙齿的尖端以及锯齿边缘,都有橙黄色的色素沉积——即使是还未萌出的新牙也是如此。经过扫描透射电子显微镜(STEM)等高新科技的测试以后,他们发现这些橙黄色的色素沉积带实际上是一层富含氧化铁的条带。这个条带仅在未磨损的牙齿上发现,而且非常薄,厚度甚至小于1微米,但是在那些使用了很久的牙齿上,这一条带大部分已经消失。

科学家推断这是科莫多巨蜥在牙齿生长时,利用体内铁元素形成的一层镀铁膜。这一铁膜的存在能极大增加它们锯齿状牙齿的锋利程度,让它们更顺利的捕食。而在使用过程中,铁膜则会逐渐磨损,这就是为什么在使用了一段时间的牙齿上并未发现铁膜或铁膜有缺失的原因。

这一新的发现表明,这种铁膜在爬行动物中可能是广泛存在的,虽然它们的牙齿相对于哺乳动物更为脆弱,但它们却巧妙地利用了铁来加强了牙齿的锋利度。

那么,恐龙们的牙齿上是否也存在铁膜呢?科学家也对许多出土的恐龙牙化石进行了研究,但很可惜的是,可能由于时间过于久远,以及成岩作用等的影响,在这些牙齿上均未发现铁膜的存在。不过科学家通过对一些暴龙牙齿的仔细研究发现,虽然在它们的牙齿中并未发现铁膜,但它们却也有自己的绝技:它们的牙齿的锯齿上,组成牙釉质的磷灰石晶体是沿着三个不同方向生长的,刚好适应了波浪状的锯齿形态,也让锯齿更加锋利和坚硬。

不过,考虑到鳄鱼和蜥蜴们出现的时间甚至早于恐龙,因此科学家们依然认为,在肉食性恐龙中应该也广泛存在铁膜覆盖牙齿的情况。肉食性爬行动物的牙齿之谜还等待着更深入的研究。

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