Американские исследователи провели сравнение микроструктуры эмали у приматов с различными пищевыми предпочтениями. Разница в угле разориентации кристаллов между фруктоядными и орехоядными приматами может достигать шести раз.
Исследователи из Университета Висконсин-Мэдисон нашли взаимосвязь между рационом приматов и микроструктурой их зубной эмали. Выяснилось, что чем грубее пища, тем больше нарушена упорядоченность нанокристаллов в эмали. Теперь ученые понимают, как зубы человека сформировались в течение последних двух миллионов лет.
Эмаль в основном состоит из минерала гидроксиапатита — кальций-фосфатного соединения, которое делает ее самой прочной тканью в организме.
Кристаллы в эмали можно представить как кирпичи в стене. Если все они расположены строго в одном направлении, трещине проще пройти по материалу по прямой линии. Однако, если соседние кристаллы немного повернуты относительно друг друга, путь трещины становится более извилистым.
Такую закономерность обнаружили исследователи. У приматов, которые едят мягкие фрукты, кристаллы имеют почти одинаковую ориентацию: угол между ними составляет около 1°. У видов, которые часто раскалывают орехи и грызут твердые семена, этот угол достигает 7°. На первый взгляд разница невелика, но она все же сказывается на износостойкости эмали.
Когда в такой структуре возникает трещина, она не может распространяться по прямой линии. Ей приходится постоянно менять направление, обходя по-разному ориентированные кристаллы. На это затрачивается энергия, что замедляет разрушение.
Исследователи проанализировали зубы древних существ и человека, возраст которых составляет около 1,6 миллиона лет, и нашли ту же закономерность, что и у современных приматов. У предков человека, чьи рационы включали мясо, микроструктура эмали оказалась менее упорядоченной: соседи были повернуты друг относительно друга на 3–3,5°. У растительноядных видов, существовавших в то же время, этот показатель составил около 2°. Таким образом, эмаль постепенно адаптировалась к особенностям пищи.
Для выявления этих различий исследователи применили метод PELICAN, разработанный физиком Пупой Гилберт. Этот метод позволяет увидеть, как каждый отдельный кристалл гидроксиапатита ориентирован относительно соседних. Затем программа преобразует эти данные в цветную карту, где участки с различной ориентацией отображаются различными цветами.
Разрешение метода настолько высоко, что на небольшом участке эмали можно измерить до 9 миллионов угловых значений. Благодаря этому ученые могут анализировать практически всю область, а не судить о структуре по нескольким точкам.
Авторы работы из Nature предполагают, что данный принцип может быть использован при создании прочных материалов, таких как зубные импланты или защитные покрытия.
Фото: hi-tech.mail.ru