Чому у бобра такі міцні зуби

Як розподіл іонів магнію і заліза в зубної емалі змінює її властивості, і чим бобри відрізняються від кроликів та інших гризунів.

Лякаючий звук бормашини відомий практично всім. На відміну від акул, у яких зуби оновлюються протягом усього їхнього риб'ячої життя, у людини і більшості ссавців вони змінюються лише один раз - з молочних на корінні. Хоча ось у гризунів зуби ростуть все життя. Пов'язано це з тим, що, як би банально це не звучало, але гризуни гризуть, ніж та сточують рівномірно свої зуби. Щоб ці тварини не залишилися без основного інструменту для існування, природа дала їм механізм постійного росту зубів, що компенсує стирання. Але що робити тим, кому зуби даються один раз і на все життя? Дослідники з факультету матеріалознавства та інженерії Північно-Західного університету визначили, які елементи підвищують стійкість зубної емалі і з'ясували, чому бобри можуть чинити розправу над деревами не гірше бензопили.

Унікальну міцність, але і жовтий колір зубів бобра надають залізовмісні мінерали. Фото: Billy Liar / Flickr.

Міцні зуби допомагають бобрів ефективно валити дерева для власних потреб. Фото: Malcolm / Flickr.

<

>

Зубна емаль - найтвердіша тканина в нашому організмі. Основу її складають тонкі довгі нитки з гідроксиапатиту. Товщина однієї такої нитки всього лише 50 нанометрів, а довжина в тисячу разів більше. Для наочності, якби у берези висота була в тисячу разів більше діаметру стовбура, то дерево мало б висоту близько кілометра. Тисячі таких ниток об'єднуються в пучки, але все рівне ще дуже тонкі - в двадцять разів тонше волосся. Ці пучки розташовуються в певному напрямку, утворюючи щось на зразок армирующего каркаса зубної емалі, а простір між ними заповнюється кристалічним гидроксиапатитом.

Гідроксиапатит - це мінерал, що містить іони кальцію, фосфат і гідроксил іони. І хоча емаль практично повністю складається з мінеральної основи, навіть дуже маленькі кількості інших іонів можуть сильно змінювати її властивості. Наприклад, якщо частина кальцію, нехай навіть найменшу, замінять іони магнію, емаль стане більше схильна до дії кислот. Попросту кажучи, вона буде швидше розчинятися. Той же ефект викличе заміна фосфат-іонів на карбонат. А ось якщо фосфат-іони замінять іони фтору - емаль помітно поліпшить свої властивості. Саме з цього до складу зубної пасти входять фтор речовини.

Звідки в роті береться кислота, яка так згубно діє на зуби і чому шкідливо їсти солодке, хоча воно зовсім кисле? Справа в тому, що в роті живуть бактерії, і хоч для організму вони і не становлять загрози, але нашкодити зубної емалі можуть. Залишки цукру служать їжею для цих бактерій. Все було б добре, якби ці самі мікроорганізми не переробляли цукор в молочну кислоту, тим самим підвищуючи кислотність середовища. Чим більше кисле середовище - тим швидше буде руйнуватися зубна емаль. Так-так, той самий кислотно-лужний баланс. Бобри солодким, наскільки відомо, не зловживають, однак природа все одно нагородила їх додатковим механізмом, який робить їх зуби міцніше. Все суть полягає в тих самих іони, які змінюють властивості емалі.

Дослідники взяли зразки емалі зубів миші, кролика, щура та бобра і піддали їх ретельному аналізу на складному обладнанні. Вони буквально атом за атомом вивчили будову ниток, з яких складається емаль, і з'ясували цікаву річ. Виявляється, що на міцність і опірність дії кислот головним чином впливає аморфне речовина, яке містить мінерали, багаті залізом або магнієм. Незважаючи на те, що частка такого речовини вкрай мала, воно кардинально змінює захисні властивості емалі. Наприклад, емаль з зубів бобра виявилася в шість разів більш стійка до кислоти, ніж зубна емаль кролика. Все це за рахунок сполук заліза, в основному феррігідріта. Він надає не тільки хімічну стійкість, але і підвищує механічну міцність зубної емалі. Можна сказати що так, у бобра дійсно залізні зуби!

Однак, чому ж ще не зробили зубну пасту з залізовмісних мінералами? Нехай нам не потрібно гризти осикові гілки, але скоротити відвідування стоматологів було б вельми приємно. Якщо ви подивіться на зуби бобра, то побачите, що вони далеко не білі - жовтого, або навіть коричневого кольору. Це абсолютно здорові міцні зуби, а колір їм додають якраз з'єднання заліза. З людської точки зору не дуже естетично, але бобри, здається, не дуже переймаються з цього приводу.

фото: Steve / Flickr , Billy Liar / Flickr, Malcolm / Flickr

За матеріалами: Northwestern Univercity