为什么我们的牙齿如此不堪一击？

许多人患有口腔疾病，从龋齿、牙列不齐到阻生智齿。牙齿是我们身体最坚硬的部分，但也是最容易出问题的部分。另一方面，其他脊椎动物很少患牙病，即使他们没有仔细的常规牙齿护理。为什么人类的牙齿如此脆弱？这篇文章摘自《全球科学》5月刊，它告诉我们，这可能与现代人饮食的变化有关:我们的饮食更加精致，但我们的牙齿还没有准备好。

作者|彼得·恩加尔

翻译|郭林

审校|赵玲霞

对许多年轻人来说，拔掉智齿就像一个成人仪式。然而，从我的专业角度来看，这种“习惯”确实是错误的。我是牙科人类学家和古生物学家。在过去30年左右的时间里，我一直致力于研究现代人、人类祖先和其他脊椎动物的牙齿。与现代人不同，大多数脊椎动物没有牙列紊乱或龋齿等牙齿疾病。人类祖先也很少患有牙周病或阻生智齿。

事实上，现代人的牙齿处于一种非常矛盾的状态:牙齿是我们身体最坚硬的部分，但它们也非常脆弱。牙齿化石可以保存几百万年，但我们的牙齿不能伴随我们一生。牙齿让我们的祖先在生物圈中占据了主导地位，但是现代人的牙齿需要小心呵护。这种矛盾基本上出现在工业时代和现代人中间。对此最好的解释是进化出我们牙齿和下巴的食物不同于现代饮食。古生物学家很早就知道我们的牙齿有很长的进化历史。现在，临床研究人员和牙医也开始关注这个问题。

漫长的进化历史

进化生物学家经常惊叹于人类眼睛的复杂性，并认为这是一个“奇迹般的设计”但是对我来说，人类牙齿结构的微妙之处远远超过眼睛。制造牙齿的基本物质实际上与食物中所含的物质相同。牙齿具有非凡的硬度和韧性，可以避免裂纹的产生和扩散。这是由于外层和内层的完美结合:牙齿的外层是珐琅质，几乎完全由磷酸钙组成，非常坚硬；牙齿中含有有机纤维，使牙齿足够坚韧。

然而，牙齿真正的魔力在于它们的微观结构。我们都知道竹竿很容易折断，但是竹竿很结实。珐琅中的微晶就像这些竹签。它们是细长的圆柱，每根只有人类头发的千分之一厚。许多微晶结合在一起形成棒状釉柱。许多珐琅柱平行排列形成珐琅。据计算，每平方毫米有成千上万个珐琅柱，它们几乎垂直于牙本质并扭曲、弯曲或交织。正是这种精致的微结构赋予牙齿持久的力量。

这样的设计不会突然出现；牙齿经历了数亿年的进化。

在五亿多年前的寒武纪，最早的脊椎动物无牙动物出现在地球上。这些原始的鱼没有牙齿，但是科学家们在它们的颚周围发现了一些类似牙齿的鳞片:每一个鳞片都被分为内部和外部，有时表面覆盖着一层坚硬的矿化层，鳞片的内部是一个髓腔，血管和神经通过它。许多古生物学家认为，这些鳞片最终通过自然选择进化成牙齿。

第一颗真正的牙齿出现在颚类中，后来才出现。这些牙齿的形状相对简单，大多数看起来像锋利的尖刺，使得这些鱼能够通过刮、撬、夹和其他方式来咬它们的猎物，甚至捕食其他生物。例如，棘皮动物在4.3亿年前的志留纪时期就有牙齿。然而，他们不会失去或改变他们的牙齿，他们的牙齿缺乏一个高度矿化的表面。

一旦牙齿就位，进一步的变化就会随之而来。大约4.15亿年前，在志留纪-泥盆纪的分界线上，珐琅层首次出现在肉翅目动物中。猪背鱼是硬骨鱼的一种。它们进化出由骨骼和肌肉支撑的鳍。目前，他们被认为是现代四足动物(如两栖动物、爬行动物和哺乳动物)的祖先。然而，同一时期的其他鱼类缺乏珐琅质层和编码珐琅质形成所需蛋白质的基因。

牙齿在哺乳动物的起源和早期进化中起着非常重要的作用。它们可以帮助维持恒温所需的新陈代谢。在安静状态下，哺乳动物消耗的能量是同样大小的爬行动物的10倍以上(无法调节体温)。为了补充能量，自然选择的压力反映在牙齿上。其他脊椎动物只需要用牙齿抓住并杀死它们的猎物，而哺乳动物则需要从每顿饭中获取更多的热量。为了做到这一点，他们必须充分咀嚼食物。

哺乳动物的牙齿控制咀嚼过程。通过施加压力，牙齿会抓住食物并将其打碎。为了充分发挥咀嚼作用，牙齿的咬合需要精确到毫米级。为了便于咀嚼，早期哺乳动物已经丧失了换牙的能力。这也解释了为什么大多数哺乳动物，不像鱼和爬行动物，即使它们的旧牙齿磨损或损坏，也不会继续长出新牙齿。

釉柱也是咀嚼的特征之一。大多数研究认为釉柱的演变是为了增强牙齿的咀嚼强度。哺乳动物牙齿的基本结构——牙本质的冠被一层珐琅质柱状层包裹——早在三叠纪就出现了。包括人类在内的哺乳动物的臼齿似乎有不同的形状，但它们实际上是同一模板的微调。

口腔菌群与龋齿

牙齿的进化历史不仅解释了为什么它们如此坚硬，也解释了为什么现代人的牙齿有缺陷。简而言之，牙齿结构的设计是为了适应特定的环境条件，包括压力、可能的磨损以及口腔中的某些化学物质和细菌。这将导致口腔环境的任何变化，从而对未受保护的牙齿造成损害。现代人的饮食造成了这样一种情况，这与过去地球上所有的生物都不同。我们的生理结构不能适应我们的行为，这导致现代人患龋齿、阻生智齿和其他牙齿问题。

全世界数十亿人患有与牙齿相关的疾病。然而，在过去的30年里，我研究了数百颗牙齿化石和活着的动物的牙齿，但几乎没有发现任何牙齿疾病的迹象。

为了理解为什么现代人的牙齿如此容易生病，我们需要参考自然状态下的口腔环境。健康口腔中有数十亿微生物，其中有700多种细菌。其中大多数是有益的，可以抵抗疾病，帮助消化和调节身体功能。然而，也有一些细菌对牙齿有害。它们新陈代谢产生的乳酸会破坏珐琅质。在正常情况下，它们的数量会受到有益细菌的限制。这些细菌能产生碱性物质和抗菌蛋白，从而抑制有害细菌的生长。在过去的几亿年里，牙齿一直保持着破坏和修复的平衡。

一旦这种平衡被打破，就会诱发龋齿。例如，富含碳水化合物的饮食会促进产酸细菌的繁殖，并导致口腔酸碱度下降。在这种酸性环境中，有害细菌会变得更加猖獗，限制有益菌的生存，从而进一步降低环境的酸碱度。这一系列过程被临床研究人员称为“生物失调”。普通蔗糖尤其容易引起这种麻烦。使用蔗糖，有害细菌会形成一层厚厚的牙菌斑，并牢牢附着在牙齿上。即使没有食物来源，牙菌斑中储存的能量也足以让他们消耗掉，这意味着牙齿将长时间暴露在酸性物质中。

很久以前，考古学家指出，在大约一万年前的新石器时代，人们从采集到耕作的生活方式与龋齿的发生之间有联系。这是因为小麦、大米和玉米富含碳水化合物，可用于发酵，满足产酸细菌的需求。然而，龋齿的真正增加发生在工业革命期间。我们的食物经过更精细的加工，蔗糖在餐桌上被广泛使用。加工过的食物通常较软，需要较少的咀嚼过程，并且不能抚平牙齿上的小凹痕或缝隙，因此为牙斑提供了良好的生存空间。

不幸的是，由于牙齿发育的特殊过程，我们的珐琅质不能像皮肤或骨骼一样再生。在牙釉质形成过程中，成釉细胞(形成牙釉质的细胞)将从牙齿内部迁移到外部，最终到达牙齿表面。迁移的痕迹形成了珐琅柱子。我们的珐琅质不能生长的原因是这些成釉细胞在牙冠完全发育后消失了。然而，产生牙本质的成牙本质细胞的迁移方向与成釉细胞完全相反。它们将向内移动，最终到达牙髓腔。这些成牙本质细胞可以在人的一生中不断产生牙本质，从而修复和替换磨损或损伤的组织。如果牙本质受到更严重的损伤，新鲜细胞将形成牙本质层以保护牙髓免受损伤。

然而，牙洞可以突破自然保护，感染牙髓腔，并最终使牙齿完全破碎。与过去漫长的生命进化过程相比，工业革命后的几个世纪短暂而短暂，这根本不足以让我们的牙齿适应今天的高糖和精制饮食。

颚压损失

如今，正畸也成为一种普遍的需求。大约90%的人至少有轻微的牙列不规则或咬合不正，3/4的人有不能正常萌出的智齿。简而言之，这是因为我们的牙齿和下巴不匹配。根本原因和龋齿一样。现代人新的饮食内容破坏了口腔环境的平衡。

早在1920年，著名的澳大利亚正畸医生“滴”贝格就注意到了这种牙齿错配现象。伯格认为，自然状态下相邻牙齿之间的磨损会为口腔腾出更多空间。他认为下巴的长度是在进化过程中“设计”的。我们的牙齿最初是用来研磨硬食物的，但是现代的软而精致的食物打破了牙齿大小和下巴长度之间的平衡。

基于这一假设，伯格发明了一套矫正牙齿的方法，这一直被业界视为“黄金标准”。这种方法需要拔出前臼齿(位于犬齿和臼齿之间)来腾出空间，然后用金属丝连接其他牙齿来拉伸牙弓，使间隙消失。事实证明，伯格的方法确实有效，可以让病人受益终生。

关于牙齿和下巴的不匹配，伯格是对的，但是他在一些细节上犯了一个错误。美国南伊利诺伊大学的人类学家罗布·克罗奇尼在他的研究中指出，牙弓形态的关键不在于牙齿磨损，而在于进食时下颚感受到的压力。此外，问题不是现代人的牙齿没有磨损，而是下颚太小。

克罗奇尼解释说，在自然条件下，当婴儿咀嚼食物时，他们会给下颚施加压力，让它们成长。最终，牙齿的大小应该正好适合下颚。当颌骨在发育过程中没有得到适当的刺激时，前牙将变得拥挤并导致后牙阻生。他在猴子身上的实验也证明了这个理论。吃软食物的猴子下巴更小，更可能有阻生牙齿。

口腔疾病的根治

从进化的角度来看，人类生态的变化导致了我们的牙科疾病。这一新观点有助于研究者和临床医生从根本上解决口腔问题。目前，治疗方法是封闭牙冠的窝沟，用氟化物修复或强化牙釉质，但这些方法不能从根本上调节牙釉质的菌群。一些具有杀菌效果的漱口水确实能杀死导致龋齿的细菌，但它也能杀死有益的细菌。受最近微生物疗法的启发，研究人员开始尝试改变牙菌斑的环境。我们将欢迎口服益生菌、靶向抗菌药物、微生物移植和其他新疗法的引入。

对于牙齿矫正计划，我们也应该考虑自然条件下的口腔环境。牙医和正牙医生开始意识到精制的婴儿食品已经改变了婴儿面部和颌骨的压力分布。咀嚼产生的压力会刺激儿童下颚和面中部骨骼的正常发育，而用糊状婴儿食品喂养儿童会导致这些部位长时间不能完全发育。有时，这个问题的影响比牙列不规则更严重:一些专家认为，它将导致气道狭窄，并可能诱发睡眠呼吸暂停综合征。

没有人希望幼儿被太硬的食物噎住，但也许我们能找到比豌豆泥更适合儿童断奶的食物。近年来，一个新的行业诞生了，致力于帮助儿童打开呼吸道，促进颌骨的正常发育，帮助牙齿自然排列。我们有一系列治疗口腔问题的有效方法，但是如果我们能像我们的祖先一样用咀嚼强度更高的食物喂养我们的孩子，也许许多人可以避免这些方法。

作者:彼得·s·汉高是阿肯色大学的古生物学家和人类牙医。他主要研究现存和化石灵长类动物的进食习惯和进食适应性。

本文译者:郭林，中国科学院古脊椎动物与古人类学研究所硕士研究生，研究方向为古人类学。

本文修正:赵玲霞是中国科学院古脊椎动物与古人类学研究所研究员，主要从事古人类学领域的研究。

原标题:为什么我们的牙齿如此脆弱？