Science | 动物牙齿：为恶劣环境而生

主要观点总结

本文主要探讨了动物啮齿动物牙齿的结构和功能。这些动物的牙齿通过不断进化发展出各种形态以应对各种机械要求，如咬合、咀嚼和磨粉等。牙齿由多种矿物质构成，表现出优秀的力学性能。此外，许多脊椎动物和无脊椎动物还进化出了持续生长并自动磨利的牙齿，以抵御持续磨损的影响。研究者通过对啮齿动物牙齿结构的高分辨率分析，发现了其独特的力学性能，这些牙齿由多种材料组成，形成了复杂的微观结构，提高了牙齿的强度和耐磨性，同时还赋予了极强的韧性。文章还探讨了牙釉质性能的控制因素，包括无定形相的作用以及其与晶体产品的纳米尺度结构和力学性能的关系。此外，文章还介绍了关于生物矿化过程的复杂性和无定形前驱相在其中的作用等相关内容。最后部分介绍了研究中用到的技术方法。

关键观点总结

关键观点1: 动物啮齿动物牙齿的结构和功能适应于各种机械要求。

这些动物的牙齿通过不断进化发展出各种形态，如图像（A）到（E）所示的不同动物的牙齿结构多样性。牙齿由多种矿物质构成，如磁铁矿、碳酸钙和碳酸羟基磷灰石等，表现出出色的力学性能。

关键观点2: 许多动物的牙齿进化出持续生长并自动磨利的功能。

为了应对持续磨损的影响，许多脊椎动物和无脊椎动物（如图F的海胆）的牙齿具有这种特殊功能。研究者对啮齿动物牙齿结构的研究发现其独特的力学性能，这些性能的实现与复杂的微观结构有关。

关键观点3: 牙釉质的性能受到无定形相的控制。

研究者发现牙釉质是一种由羟基磷灰石纳米线组成的分层材料，易受酸性物质的降解。在无色的啮齿动物釉质中，Mg2+主要以Mg取代的无定形磷酸钙（Mg-ACP）的晶界相存在。而在有色的釉质中，一种由ferrihydrite和无定形铁-钙磷酸盐的混合物取代了更易溶的Mg-ACP，使其更硬且更抗酸蚀。

文章预览

在自然界中 , 生物体需要不断适应各种环境挑战 , 以维持生存。啮齿动物牙齿的结构设计便是一个典型的例子。这些动物通常生活在恶劣的环境中 , 需要依靠强大的牙齿进行取食和防御。 为了执行各种机械要求苛刻的任务 , 如咬合、咀嚼或磨粉 , 动物牙齿经过长期的进化已经发展出各种各样的形态。其中 , 由多种矿物质如 磁铁矿、碳酸钙和碳酸羟基磷灰石构成的牙齿 , 能够表现出出色的力学性能。此外 , 许多脊椎动物和无脊椎动物还进化出了持续生长并自动磨利的牙齿 , 以抵御持续磨损的影响。 图 1 脊椎动物和无脊椎动物的牙齿结构多样性。 (A) 壁虎 ,(B) 鼬 ,(C) 食人鱼 ,(D) 松鼠 ,(E) 蛇皮虫和 (F) 海胆。图像 (A) 到 (E) 是扫描电镜照片 ; 图像 (F) 是从微 CT 数据重建的三维图像。受到这里展示的牙齿结构复杂性的启发 , Gordon 等人阐明了兔子和海狸持续 ………………………………