How did teeth evolve? - Peter S. Ungar

Переводчик: Mikhail Gurianov Редактор: Ростислав Голод

You may take them for granted, but your teeth are a marvel.

Пускай зубами никого не удивишь, но на самом деле зубы — это чудо анатомии.

They break up all your food over the course of your life,

В течение всей жизни они служат для измельчения любой пищи,

while being strong enough to withstand breakage themselves.

и при этом они достаточно крепкие и способны не сломаться.

And they’re formed using only the raw materials

Они формируются при помощи строительного материала,

from the food they grind down in the first place.

получаемого с пищей, которую они сами же и пережёвывают.

What’s behind their impressive strength?

Откуда у них такая неимоверная сила?

Teeth rely on an ingenious structure that makes them both hard and tough.

Всё благодаря необычному строению зубов, отчего они твёрдые и прочные.

Hardness can be thought of as the ability to resist a crack from starting,

Твёрдость проявляется в предотвращении появления трещин,

while toughness is what stops the crack from spreading

а благодаря прочности не происходит дальнейшего увеличения трещин.

Very few materials have both properties.

Обоими свойствами могут похвастаться очень немногие материалы.

For instance, glass is hard but not tough,

Например, стекло твёрдое, но не прочное,

while leather is tough but not hard.

а кожа прочная, но не твёрдая.

Teeth manage both by having two layers:

В зубах объединены оба свойства благодаря двум слоям —

a hard external cap of enamel, made up almost entirely of a calcium phosphate,

внешней коронки из эмали, которая почти целиком состоит из фосфата кальция,

and beneath it, a tougher layer of dentin,

и более прочного слоя дентина под ней, который частично состоит

partly formed from organic fibers that make it flexible.

из органических волокон, придающих ему гибкость.

This amazing structure is created by two types of cells:

Эта удивительная структура имеет в себе два типа клеток:

ameloblasts that secrete enamel

энамелобласты, которые образуют эмаль,

and odontoblasts that secrete dentin.

и одонобласты, которые выделяют дентин.

As they form teeth, odontoblasts move inward,

Когда зубы формируются, одонобласты растут внутрь,

while ameloblasts move out and slough off when they hit the surface.

а энамелобласты стремятся наружу и отделяются при достижении поверхности.

For enamel, this process produces long, thin strands,

В эмали образуются длинные, тонкие нити,

each about 60 nanometers in diameter.

каждая примерно 60 нанометров в диаметре.

That’s one one-thousandth the width of a human hair.

Это одна тысячная толщины человеческого волоса.

Those are bundled into rods, packed together,

Нити связаны в эмалевые призмы,

tens of thousands per square millimeter,

в одном квадратном миллиметре их — десятки тысяч,

to form the shield-like enamel layer.

таким образом формируется похожий на щит слой эмали.

Once this process is finished, your enamel can’t repair itself again

Как только это процесс завершён, эмаль уже не сможет самовосстанавливаться,

because all the cells that make it are lost,

потому что утрачены все клетки, формировавшие её,

so we’re lucky that enamel can’t be easily destroyed.

поэтому нам повезло, что разрушить эмаль не так-то просто.

Odontoblasts use a more complex process, but unlike ameloblasts, they stick around,

В одонобластах клеточные процессы сложнее,

но в отличие от энамелобластов, они не исчезают

continuing to secrete dentin throughout your life.

и продолжают вырабатывать дентин на протяжении всей жизни человека.

Despite the differences in teeth across the mammalian order,

Несмотря на различия в строении зубов у млекопитающих,

the underlying process of tooth growth is the same whether it’s for lions,

по сути процесс формирования и роста зубов один и тот же и у львов,

kangaroos,

и у кенгуру,

elephants,

or us.

и у слонов,

и у людей.

What changes is how nature sculpts the shape of the tooth,

Отличия заключаются в установленных природой форме зубов,

altering the folding and growth patterns

работе челюстей и моделей роста зубов,

to suit the distinct diets of different species.

отвечающих потребностям пищевых рационов различных животных.

Cows have flat molar teeth with parallel ridges for grinding tough grasses.

У коров плоские моляры с параллельными гребнями

для пережёвывания жёсткой травы.

Cats have sharp crested molars, like blades, for shearing meat and sinew.

У кошек острые, как лезвия, гребни-моляры для поедания мяса и жил.

Pigs have blunt, thick ones, useful for crushing hard roots and seeds.

У свиней тупые толстые зубы, необходимые, чтобы раскусить корни и семена.

The myriad molars of modern mammals

Огромное разнообразие моляров, встречающихся у современных млекопитающих,

can be traced back to a common form called “tribosphenic,"

ведёт начало от общей формы зубов, так называемых трибосфенических моляров,

which first appeared during the dinosaur age.

которые появились ещё при динозаврах.

In the 19th Century, paleontologist Edward Drinker Cope

В XIX веке палеонтолог Эдвард Дринкер Коп

developed the basic model for how this form evolved.

разработал основную модель эволюции форм зубов.

He hypothesized that it started with a cone-like tooth,

Он выдвинул гипотезу, что всё началось с конусообразных зубов,

as we see in many fishes, amphibians, and reptiles.

встречающихся у многих видов рыб, амфибий и рептилий.

Small cusps were then added, so the tooth had three in a row,

Позже добавились небольшие бугорки, выстроившиеся по три в ряд

aligned front to back, and connected by crests.

и связанные между собой с передней до задней части гребнями.

Over time, the cusps were pushed out of line to make triangular crowns.

Со временем ряды бугорков нарушились и образовались треугольные коронки.

Adjacent teeth formed a continuous zigzag of crests for slicing and dicing.

Прилегающие зубы сформировали

целостную структуру из гребней для откусывания и пережёвывания.

A low shelf then formed at the back of each set of teeth,

Позади каждого ряда зубов сформировался талонидный бассейн,

which became a platform for crushing.

что помогало при раскусывании.

As Cope realized, the tribosphenic molar served as the jumping-off point

Коп считал трибосферический моляр отправной точкой

for the radiation of specialized forms to follow,

для формирования многообразия разных форм зубов,

each shaped by evolutionary needs.

каждая из которых отвечала эволюционным потребностям.

Straighten the crests and remove the shelf,

Если выравнять гребни и убрать талонидный бассейн,

and you’ve got the conveniently bladed teeth of cats and dogs.

то получатся острые зубы кошек и собак.

Remove the front cusp, raise the shelf, and you’ve got our human molars.

Если убрать передние бугорки поднять талонид, — то моляры людей.

A few additional tweaks get you a horse or cow tooth.

Пара дополнительных модификаций, и получатся зубы лошади и коровы.

Some details in Cope’s intuitive hypothesis proved wrong.

Но некоторые догадки в интуитивной гипотезе Копа оказались ошибными.

But in the fossil record,

Однако согласно археологическим раскопкам,

there are examples of teeth that look just as he predicted

существуют примеры зубов, похожие в точности на те, что он предсказал,

and we can trace the molars of all living mammals back to that primitive form.

и можно проследить происхождение моляров всех млекопитающих от примитивных форм.

Today, the ability to consume diverse forms of food

Сегодня млекопитающие способны употреблять в пищу что угодно,

enables mammals to survive in habitats

что позволило им существовать в различных условиях

ranging from mountain peaks and ocean depths

от горных вершин и до океанских глубин,

to rainforests and deserts.

джунглей и пустынь.

So the success of our biological class is due in no small measure

Поэтому эволюционный успех нашего биологического класса

в немалой степени объясняется удивительной силой и приспособляемостью

to the remarkable strength and adaptability

of the humble mammalian molar.

обычного моляра млекопитающих.