Zęby jak kronika ewolucji. Nanokryształy szkliwa zdradzają, co jedli nasi przodkowie

To, co jemy, zostawia ślad nie tylko w kościach, ale i w najmniejszych strukturach naszych zębów. Międzynarodowy zespół naukowców wykazał, że kąt nachylenia nanokryształów szkliwa zmieniał się dramatycznie na przestrzeni ostatnich 17,8 miliona lat – i to właśnie w rytm wielkich rewolucji żywieniowych: od mięsa, przez rolnictwo, aż po epokę przemysłową. Czy nasze uzębienie to nie tylko narzędzie do żucia, ale i archiwum ewolucji?

Nanokryształy mówią więcej, niż myśleliśmy

→ Czytaj też: Najstarsza drewniana konstrukcja ma 476 tys. lat. Nie zbudował jej człowiek

Szkliwo to najtwardsza tkanka w ciele kręgowców. Składa się z długich, cienkich kryształów hydroksyapatytu – minerału o wzorze Ca5(PO4)3OH. Dotąd naukowcy wiedzieli, że kryształy te układają się w równoległe wiązki, które tworzą mikrometryczne „pręty”, a te z kolei przeplatają się w skomplikowany deseń chroniący zęby przed pęknięciami. Dopiero teraz, dzięki metodzie PELICAN (Polarization Enabled Large Input of Crystal Angles at the Nanoscale), udało się precyzyjnie zmierzyć, jak bardzo są one względem siebie skręcone.

Badacze przeanalizowali 12 zębów (przedtrzonowców i trzonowców) pochodzących od 9 gatunków naczelnych, w tym od ludzi i ich wymarłych krewnych. Jak czytamy w artykule opublikowanym w Nature, odkryli, że kąt dezorientacji (misorientation) między sąsiednimi nanokryształami wzrasta wraz z twardością pokarmu. Innymi słowy: im więcej żuliśmy twardych rzeczy, tym bardziej „pokręcone” stawało się nasze szkliwo.

Mięso, zboża, rewolucja – trzy skoki w ewolucji diety

→ Czytaj też: Hobbit z Flores nie był myśliwym? Nowe badania kwestionują dwie dekady ustaleń

Najciekawsze wnioski płyną z porównania trzech przełomowych momentów w dziejach człowieka. Około 2–1,5 miliona lat temu nasi przodkowie zaczęli regularnie jeść mięso. Wtedy, jak pokazują dane, kąt dezorientacji nanokryształów wyraźnie wzrósł. Kolejny skok nastąpił około 12 tysięcy lat temu, wraz z początkiem rolnictwa. Kamienne żarna i mielone ziarna wymagały od zębów jeszcze większej wytrzymałości. Co zaskakujące, rewolucja przemysłowa (około 250 lat temu) nie pozostawiła już żadnego śladu w nanostrukturze szkliwa – nasza dieta stała się zbyt miękka, by wymusić dalsze adaptacje.

„W ciągu ostatnich 1,6 miliona lat dezorientacja nanokryształów w linii ludzkiej wzrastała wraz z upływem czasu, zwłaszcza gdy do diety wprowadzono mięso i mielone na kamieniu ziarna” – piszą autorzy. To dowód, że ewolucja nie ogranicza się do makroskopowych zmian w kształcie zębów czy szczęk, ale sięga poziomu nanometrów.

„Odkrycie sugeruje, że niewielkie kąty dezorientacji mogą przyczyniać się do odporności szkliwa. Materiały bioinspirowane mogą czerpać z tego pomysłu, by zwiększyć swoją wytrzymałość.”

Co to oznacza dla archeologii i medycyny?

Metoda PELICAN otwiera zupełnie nowe możliwości. Do tej pory badacze rekonstruowali dietę naszych przodków głównie na podstawie śladów zużycia zębów, analizy izotopów węgla i azotu czy mikroskamieniałości roślinnych. Teraz dochodzi kolejne, niezwykle precyzyjne narzędzie: pomiar orientacji kryształów. Może ono pomóc w datowaniu szczątków, a nawet w identyfikacji konkretnych gatunków hominidów.

Co więcej, wyniki mają praktyczne znaczenie. Jeśli niewielkie odchylenia kątowe nanokryształów rzeczywiście zwiększają odporność szkliwa na pękanie, to inżynierowie materiałowi mogą spróbować odtworzyć tę strukturę w syntetycznych biomateriałach – na przykład w wypełnieniach dentystycznych czy implantach. Natura, jak zwykle, okazuje się najlepszym laboratorium.

Zęby nie kłamią. I to dosłownie – ich nanostruktura przechowuje informacje o diecie sprzed milionów lat. Dzięki nowej metodzie naukowcy mogą teraz odczytać tę historię z dokładnością do nanometra.