Секрет міцних зубів бобра 21.02.2015

Страхітливий звук бормашини відомий практично всім. На відміну від акул, у яких зуби оновлюються протягом усього їхнього риб'ячого життя, у людини та більшості ссавців вони змінюються лише один раз – з молочних на корінні. Хоча ось у гризунів зуби ростуть усе життя. Пов'язано це з тим, що, як би банально це не звучало, але гризуни гризуть, чим і сточують поступово свої зуби. Щоб ці тварини не залишилися без основного інструменту для існування, природа дала їм механізм постійного зростання 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 та з'ясували, чому бобри можуть розправлятися з деревами не гірше за бензопили.

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

Гідроксіапатит – це мінерал, що містить іони кальцію, фосфат та гідроксил іони. І хоча емаль практично повністю складається з мінеральної основи, навіть дуже малі 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. Простіше кажучи, вона швидше розчинятиметься. Той самий ефект викликає заміна фосфат-іонів на карбонат. А от якщо фосфат-іони замінять іони фтору – емаль помітно покращить свої властивості. Саме тому до складу зубної пасти входять фторвмісні речовини.

Звідки в роті береться кислота, яка так згубно діє на зуби і чому шкідливо їсти солодке, хоч воно зовсім не кисле? Справа в тому, що в роті живуть бактерії, і хоч для організму вони й не загрожують, але нашкодити зубній емалі можуть. Залишки цукру є їжею для цих бактерій. Все було б добре, якби ці мікроорганізми не переробляли цукор у молочну кислоту, тим самим підвищуючи кислотність середовища. Чим кисліше середовище - тим швидше руйнуватиметься зубна емаль. Так-так, цей кислотно-основний баланс. Бобри солодким, наскільки відомо, не зловживають, проте природа все одно нагородила їх додатковим механізмом, який робить їх міцнішими зубами. Усі суть полягає у тих самих іонах, які змінюють властивості емалі.

Дослідники взяли зразки емалі зубів миші, кролика, щура та бобра і піддали їх ретельному аналізу на найскладнішому обладнанні. Вони буквально атом за атомом вивчили будову ниток, у тому числі складається емаль, і з'ясували цікаву річ. Виявляється, що на міцність та опірність дії кислот головним чином впливає аморфна речовина, яка містить мінерали, багаті на залізо або магній. Незважаючи на те, що частка такої речовини дуже мала, вона кардинально змінює захисні властивості емалі. Наприклад, емаль із зубів бобра виявилася у шість разів більш стійкою до кислоти, ніж зубна емаль кролика. Усе це з допомогою сполук заліза, переважно ферригидрита. Він надає не тільки хімічної стійкості, але й підвищує механічну міцність зубної емалі. Можна сказати, що так, у бобра справді залізні зуби!

Однак, чому ж ще не зробили зубну пасту із залізовмісними мінералами? Нехай нам не потрібно гризти осинові гілки, але скоротити відвідування стоматологів було б дуже 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 надають якраз сполуки заліза. З людського погляду не дуже естетично, але бобри, здається, не дуже переживають із цього приводу.