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出品：科普中國

作者：蘇澄宇（科普創(chuàng)作者）

監(jiān)制：中國科普博覽

編者按：為解碼生命科學(xué)最新奧秘，科普中國前沿科技項(xiàng)目推出“生命新知”系列文章，從獨(dú)特的視角，解讀生命現(xiàn)象，揭示生物奧秘。讓我們深入生命世界，探索無限可能。

龍牙，象征著力量、保護(hù)、堅(jiān)韌和神秘。在希臘神話里，伊阿宋將龍牙播種在地里，這些龍牙變成了武裝戰(zhàn)士；在奇幻小說中，龍牙被用來制作強(qiáng)大的魔法武器；在游戲里，龍牙被用作制作強(qiáng)大藥水和魔法物品的材料……

它不僅存在于幻想的世界里，也“存在”于真實(shí)的世界。有一種反坦克障礙物被稱為龍牙，是一種堅(jiān)固的混凝土結(jié)構(gòu)，用于阻擋敵方坦克和裝甲車輛的進(jìn)攻。

龍牙，一種反坦克障礙

（圖片來源：Wikipedia）

其他龍的牙硬不硬不好說，畢竟不管是東方龍（loong），還是西方龍（恐龍另外再說）現(xiàn)實(shí)世界里找不到。但有一種叫科莫多龍的“龍”，經(jīng)過科學(xué)證實(shí)，它的牙是真的硬，因?yàn)檠览锩嬗幸恍安煌瑢こ！钡臇|西。

科莫多巨蜥

（圖片來源：britannica）

巨型蜥蜴科莫多龍生活在印度尼西亞的科莫多島，專業(yè)稱之為科莫多巨蜥(Varanus komodoensis)，它是現(xiàn)存地球上最大的蜥蜴（雄性科莫多巨蜥最長可達(dá)3米），以其巨大的體型和致命的捕獵技巧而著稱。它的命名由來已久，1912年，第一支荷蘭探險(xiǎn)隊(duì)登陸印尼的這座小島，帶回幾只被射殺的“怪獸”，將把它們命名為科莫多龍（Komodo Dragon）。

科莫多巨蜥的頭骨

（圖片來源：Wikipedia）

之前有研究證明科莫多巨蜥有毒，它顱骨的MRI掃描顯示下顎中存在兩個(gè)毒腺。然而，很少人了解它的尖牙。亞倫·勒布朗（Aaron LeBlanc）和他的研究團(tuán)隊(duì)從各大自然歷史博物館和動(dòng)物園收集了科莫多巨蜥的牙齒樣本。這些樣本包括骨骼標(biāo)本和保存于液體中的牙齒。科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，這些牙齒不僅具有鋸齒狀邊緣，還覆蓋著一層獨(dú)特的橙色涂層。

科莫多龍的牙齒，可以看到邊緣的鋸齒

（圖片來源：參考文獻(xiàn)1）

這種橙色不僅在功能牙齒上明顯存在，在替換牙齒上也同樣明顯，這表明橙色并非進(jìn)食而染色的結(jié)果。

橙色涂層

（圖片來源：參考文獻(xiàn)1）

功能牙齒指的是當(dāng)前正在使用的、發(fā)揮實(shí)際功能的牙齒。替換牙齒指的是尚未替代功能牙齒的備用牙齒。對(duì)于科莫多巨蜥來說，它的新牙齒通常在舊牙齒的根部或側(cè)面開始發(fā)育。新牙齒逐漸成熟時(shí)會(huì)推動(dòng)舊牙齒脫落，最終取而代之。這一過程確保了科莫多巨蜥始終有一套功能齊全的牙齒。

即使是萌牙上也有橙色涂層

（圖片來源：參考文獻(xiàn)1）

接下來，團(tuán)隊(duì)使用掃描電子顯微鏡（SEM）和能量色散光譜（EDS）對(duì)牙齒樣本進(jìn)行了詳細(xì)的分析。他們用樹脂將樣本固定，并在真空環(huán)境下進(jìn)行處理。樣本被切割成薄片便于顯微鏡觀察。在SEM圖像中，他們清晰地看到了牙齒表面一層明亮的涂層，這正是富含鐵質(zhì)的涂層，厚度約為1-2微米。

電鏡下，牙冠頂層的橙色涂層厚度

（圖片來源：參考文獻(xiàn)1)

為了更精確地測(cè)定牙齒涂層的成分，研究團(tuán)隊(duì)使用了同步輻射X射線顯微熒光光譜（S-μXRF）和顯微衍射（S-μXRD）技術(shù)。這些技術(shù)幫助他們確認(rèn)了牙齒涂層中的鐵質(zhì)主要以六水合氧化鐵形式存在。這種成分在一些嚙齒類動(dòng)物的牙齒涂層中也曾被發(fā)現(xiàn)，比如啃樹海貍的橙色大門牙。

海貍的橙色大門牙

(圖片來源：mcgill）

最后，為了測(cè)量這些鐵質(zhì)涂層的硬度，科學(xué)家們進(jìn)行了納米壓痕測(cè)試，測(cè)量牙齒不同部分的硬度和彈性模量。

在納米壓痕測(cè)試中，橙色涂層區(qū)域的平均硬度測(cè)量值為6.8±0.3GPa（吉帕斯卡爾），彈性模量測(cè)量值為110±5GPa。而不含涂層的牙釉質(zhì)區(qū)域的平均硬度測(cè)量值為6.0±0.2GPa，彈性模量測(cè)量值為100±4GPa。結(jié)果表明，橙色金屬涂層的存在確實(shí)增強(qiáng)了牙齒的硬度和剛性，使科莫多龍?jiān)诓妒澈退毫勋C物時(shí)更具優(yōu)勢(shì)。

拿人類來做對(duì)比，根據(jù)之前的研究，人類牙釉質(zhì)的硬度平均值為4.5±0.5GPa，彈性模量平均值為100±10GPa。可見，有了金屬涂層，確實(shí)加強(qiáng)了很多，起碼在硬度方面很明顯。

為什么氫氧化鐵涂層可以增強(qiáng)牙齒硬度呢？

根據(jù)前面SEM和EDS分析顯示，涂層中的鐵氫氧化物分布均勻，并且與牙釉質(zhì)緊密結(jié)合。這說明在牙齒表面沉積鐵氫氧化物時(shí)，這些顆粒與牙釉質(zhì)之間形成了牢固的界面結(jié)合。這種界面結(jié)合通過化學(xué)鍵和物理嵌合增強(qiáng)了涂層與牙齒基質(zhì)的附著力，從而提高了整體的機(jī)械強(qiáng)度。

其他蜥蜴牙齒上是不是也有橙色的鐵質(zhì)涂層呢？

科學(xué)家調(diào)查了巨蜥屬（Varanus）和蜥蜴屬（Heloderma）的一些物種它們的牙齒，包括已經(jīng)滅絕的遠(yuǎn)古巨蜥。下圖是一個(gè)系統(tǒng)發(fā)育樹，展示了不同巨蜥物種之間的進(jìn)化關(guān)系，并配有每種巨蜥和蜥蜴的牙齒照片。紅色分支表示具有明顯且持續(xù)存在的牙齒邊緣色素的物種；黑色分支表示沒有明顯色素的物種；藍(lán)色分支表示牙齒偶爾或不一致地出現(xiàn)色素的物種；橙色分支表示由于化石化作用，色素水平未知的物種。

（圖片來源：參考文獻(xiàn)1）

由此可見，蜥蜴和蜥蜴之間牙齒差別還是蠻大的，不過普遍都有鋸齒結(jié)構(gòu)。

那同是大型爬行動(dòng)物的鱷魚呢？亞倫·勒布在做實(shí)驗(yàn)之前就想到了這點(diǎn)，亞倫從動(dòng)物園弄來了不同的幾只鱷魚脫落牙齒，又從加拿大阿爾伯塔省恐龍省立公園（Dinosaur Provincial Park）弄來了晚白堊紀(jì)時(shí)期的鱷魚化石牙齒。

對(duì)鱷魚的牙齒分析

（圖片來源：參考文獻(xiàn)1）

鱷魚牙齒的結(jié)果和科莫多龍的不完全一樣。一樣的點(diǎn)在于，鱷魚牙齒樣本也顯示出富含鐵的特征。不一樣的點(diǎn)在于，這種涂層在牙齒表面分布不均勻，而且涂層厚度不如科莫多巨蜥。通過進(jìn)一步的LA-ICP-MS分析，發(fā)現(xiàn)鱷魚牙齒的牙本質(zhì)中鐵和鈣的濃度增加，但在外部牙釉質(zhì)中未觀察到顯著的鐵濃度增加。

而在化石鱷魚牙齒樣本中（上圖的q、r），牙本質(zhì)內(nèi)的鈣和鐵信號(hào)明顯增強(qiáng)，但在牙釉質(zhì)中未見顯著鐵涂層，這可能是由于化石化過程掩蓋了這些特征，不太好說。總的來說，雖說它們都是大型爬行動(dòng)物，而且都是狠家伙，但富鐵涂層在結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分上的顯著差異。

那恐龍的呢？

沒想到吧，科學(xué)家還弄來了暴龍和馳龍的牙齒！對(duì)它們的牙齒的微觀結(jié)構(gòu)做了觀察，發(fā)現(xiàn)暴龍牙齒的鋸齒邊緣沒有顯著的鐵沉積，鐵主要集中在牙齒內(nèi)部的牙本質(zhì)區(qū)域，不過信號(hào)不怎么明顯。而且暴龍的琺瑯質(zhì)呈波浪狀，這種波狀琺瑯質(zhì)可能通過復(fù)雜的微裂紋路徑來阻止裂紋擴(kuò)展，從而增強(qiáng)牙齒的耐用性。

暴龍和馳龍的牙齒，可見明顯的鋸齒結(jié)構(gòu)

（圖片來源：參考文獻(xiàn)1）

不管在馳龍牙齒的鋸齒邊緣還是內(nèi)部，都沒有檢測(cè)到顯著的鐵信號(hào)。而且馳龍牙齒的琺瑯質(zhì)相對(duì)簡單，多為平行晶體型琺瑯質(zhì)（parallel crystallite enamel），與暴龍牙齒的波狀琺瑯質(zhì)相比，結(jié)構(gòu)較為單一。

無論是暴龍還是馳龍的牙齒，都沒有發(fā)現(xiàn)顯著的鐵沉積，這與科莫多龍牙齒中的鐵涂層形成了鮮明對(duì)比。可能是化石化過程掩蓋了這些信號(hào)，或者這些恐龍?jiān)谘例X上沒有這種適應(yīng)性。

雖說找不到鐵涂層，但根據(jù)測(cè)試，暴龍的琺瑯質(zhì)和牙本質(zhì)比科莫多巨蜥、密西西比鱷魚的相應(yīng)區(qū)域硬度高出一倍，這可能是化石化的作用，所以活著的恐龍牙齒到底有多硬，這就不好說了。但肯定是硬的，至少比人的硬，畢竟微觀結(jié)構(gòu)在那擺著。

龍牙，原來真的是硬！不愧為頂級(jí)獵食者！

參考文獻(xiàn)：

1.LeBlanc A R H, Morrell A P, Sirovica S, et al. Iron-coated Komodo dragon teeth and the complex dental enamel of carnivorous reptiles[J]. Nature Ecology & Evolution, 2024: 1-12.