Ученые из Университета Висконсин-Мэдисон установили связь между рационом приматов и микроструктурой зубной эмали. Оказалось, что чем грубее пища, тем сильнее разупорядочены нанокристаллы внутри эмали. Теперь исследователям стало понятно, как зубы человека приобрели нынешние свойства за два миллиона лет.
Эмаль почти полностью состоит из минерала гидроксиапатита — кальций-фосфатного вещества, которое делает ее самой твердой тканью в организме.
Кристаллы в эмали можно представить как кирпичи в стене. Если все они уложены строго в одном направлении, трещине легче пройти через материал по прямой линии. Но если соседние кристаллы слегка повернуты друг относительно друга, путь трещины становится извилистым.
Именно такую закономерность обнаружили ученые. У приматов, которые питаются мягкими фруктами, кристаллы ориентированы почти одинаково: угол между соседями составляет около 1°. У видов, которые регулярно раскалывают орехи и разгрызают твердые семена, этот показатель достигает 7°. На первый взгляд разница невелика, но на износостойкость эмали она все же влияет.
Когда в такой структуре появляется трещина, она не может распространяться по прямой. Ей приходится постоянно менять направление, огибая по-разному ориентированные кристаллы. На это расходуется энергия, поэтому разрушение замедляется.
Ученые изучили зубы древних животных и человека возрастом около 1,6 млн лет и обнаружили ту же закономерность, что и у современных приматов. У предков человека, в рацион которых входило мясо, микроструктура эмали была менее упорядоченной: соседи были повернуты друг относительно друга на 3−3,5°. У растительноядных видов, которые жили в тот же период, этот показатель составлял около 2°. Получается, эмаль постепенно адаптировалась к типу пищи.
Чтобы увидеть эти различия, исследователи использовали метод PELICAN, разработанный физиком Пупой Гилберт. С помощью него можно увидеть, как ориентирован каждый отдельный кристалл гидроксиапатита относительно соседних. Затем программа превращает эти данные в цветную карту: участки с разной ориентацией отображаются разными цветами.
Разрешение метода настолько высокое, что на небольшом фрагменте эмали можно измерить до 9 млн угловых значений. Благодаря методу ученые не судят о структуре по нескольким точкам, а анализируют практически весь участок целиком.
Авторы работы из Nature считают, что этот принцип можно использовать при создании прочных материалов, например, зубных имплантов или защитных покрытий.
Ранее мы писали о том, что ученых поразил неожиданный поворот в генеалогическом древе человека.
Источник: hi-tech.mail.ru