Завидуете ли вы крокодилам из-за их способности к смене зубов?

У рептилий часто встречаются необычные адаптации, привлекающие внимание учёных и любителей природы. Одной из таких является процесс замены зубов у крокодилов. Зубная система крокодилов примечательна тем, что зубы у этих животных так же, как и у большинства млекопитающих, расположены в специальных лунках челюстных костей – альвеолах.

Но в отличие от большинства млекопитающих, включая человека, крокодилы являются полифиодонтами и не ограничиваются одной сменой зубов.

Имеющий форму трубки корень зуба крокодила, превосходящий коронку по длине примерно в 2-3 раза, не выпадает вместе с коронкой и всегда остается внутри альвеолы.

Внутри корня имеется заполненная рыхлой пульпой полость под новый (замещающий) зуб, которая постепенно расширяется при формировании последнего.

Замещающий зуб изначально имеет короткий корень, который постепенно удлиняется в процессе его роста, что, в свою очередь, приводит к рассасыванию корня старого зуба.

Фотография КТ-скана челюсти годовалого аллигатора, показывающая процесс замены зуба: 1. Стадия преинициации. Функциональный зуб хорошо развит, но его корень начинает рассасываться. Заменяющий зуб 1 находится в основании корня, его коронка имеет утолщенную эмаль. 2. Стадия инициации. Корень функционального зуба продолжает рассасываться. Заменяющий зуб 1 увеличивается и занимает пульповую полость функционального зуба. 3. Стадия роста. Функциональный зуб не имеет корня и скоро будет потерян. Заменяющий зуб 1 имеет крупные размеры и готов занять положение функционального зуба. Появляется заменяющий зуб 2, который начинает медленно расти.

После рассасывания корня старого зуба и наступления готовности замещающего зуба занять его место под замещающим зубом начинает формироваться уже следующий замещающий зуб. Таким образом, новые зубы у крокодилов растут своеобразным конвейером, постепенно вытесняя старые (Wu et al., 2013).

Возможно, было бы хорошо иметь такой же механизм смены зубов, как у крокодилов? Представьте, не тратить деньги на стоматолога и не беспокоиться о состоянии своих зубов – они всё равно будут заменяться каждый год... Или не всё так просто?

Зуб гангского гавиала (Gavialis gangeticus) и зуб гребнистого крокодила (Crocodylus porosus).

Зубы крокодилов устроены значительно проще, чем зубы млекопитающих. Не только морфологически, но и на микроскопическом уровне. Цемент и дентин в зубах крокодилов не обладают чётко определённой структурной организацией, а в эмали не образуется организованных пучков из кристаллитов (Enax et al., 2013).

Это приводит к меньшей твёрдости и большей хрупкости зубов крокодилов по сравнению с зубами млекопитающих.

Кроме того, Sellers et al. (2019) обнаружили, что независимо от положения зубов – функциональных "резцов", "клыков" и "моляров", а также независимо от возраста или рациона, у крокодилов удивительно тонкая зубная эмаль.

Так, у миссисипского аллигатора (Alligator mississippiensis) с длиной черепа 33 см толщина эмали коронок зубов варьируется от 0,107 мм у функциональных "резцов" до 0,14 мм у функциональных "моляров".

Ранее Enax et al. (2013) сообщили примерно такую же толщину эмали в 0,1-0,2 мм у гребнистого крокодила (Crocodylus porosus). Для сравнения, толщина эмали на кончиках коронок зубов у людей может достигать 4 мм (Beniash et al., 2019).

Это неудивительно: производство зубной эмали требует большого количества времени и нецелесообразно при регулярной смене зубов, но не отменяет того факта, что зубы с меньшей толщиной эмали значительно более склонны к механическим повреждениям.

Компьютерная томография зуба крокодила. Относительно тонкая эмаль подсвечивается зеленым цветом по краям зуба.

Крокодилы имеют очень сильные челюсти, сопоставимые по силе с челюстями некоторых хищных млекопитающих такого же размера, но, в отличие от млекопитающих, они практически не используют свои зубы для механической обработки пищи.

Временный выход из строя зуба ввиду его недостаточной механической прочности не вызывает проблем для крокодилов, но мог бы вызвать значительные неудобства у человека, создавая трудности в механической обработке пищи, даже если утраченный зуб впоследствии заменится новым.

Кроме того, крокодилы имеют относительно твёрдые и жёсткие кератинизированные дёсны, которые облегчают удаление старых зубов из ротовой полости по сравнению, к примеру, с молочными зубами млекопитающих, и связанные с этим процессом проблемы у них возникают значительно реже.

Ещё сильнее портит картину то, что зубы крокодилов сменяются отнюдь не на протяжении всей жизни. Хотя на популярных ресурсах часто утверждается о «непрерывной замене зубов», на самом деле каждый зуб в зубном ряду крокодила может быть заменен только 40-45 раз (Poole, 1961).

В старости крокодилы остаются без зубов из-за ограниченного количества возможных замен.

Развитие нового зуба и замещение старого у крокодилов происходит даже в том случае, если старый зуб остаётся здоровым, но может быть дополнительно простимулировано непосредственно утратой старого зуба. Finger et al. (2019) наблюдали процесс замены зубов у молодых гребнистых крокодилов (C. porosus), содержащихся на фермах.

Большинство зубов заменялись каждые 3-6 месяцев, но 9 зубов так и не подверглись замене за 15-месячный период исследования. После потери зуба необходимость быстрой его замены подтверждалась более быстрым темпом роста зуба в первые три месяца (до 11,07 мм), но затем замедлялась до асимптоты (в среднем 14,03 мм).

Поскольку продолжительность жизни крокодилов в природе может исчисляться десятками лет, а число возможных замен зубов ограничено, неудивительно, что старые крокодилы имеют серьезно деформированные или полностью отсутствующие зубы. Увы, но крокодилий паттерн замены зубов не позволил бы людям сохранить здоровые зубы к старости.

Вывод напрашивается сам по себе: способность крокодилов к смене зубов безусловно хороша для самих крокодилов, но явно не была бы такой привлекательной для людей, как может показаться на первый взгляд. Как из-за различий в строении и функции зубов, так и из-за особенностей самого процесса замены старых зубов на новые, наблюдаемого у крокодилов.

Автор: Crocodylus Porosus

Источники:
1. Wu P, Wu X, Jiang TX, Elsey RM, Temple BL, Divers SJ, Glenn TC, Yuan K, Chen MH, Widelitz RB, Chuong CM. Specialized stem cell niche enables repetitive renewal of alligator teeth. Proc Natl Acad Sci U S A. 2013 May 28;110(22):E2009-18. doi: 10.1073/pnas.1213202110. Epub 2013 May 13. PMID: 23671090; PMCID: PMC3670376.

2. Enax J, Fabritius HO, Rack A, Prymak O, Raabe D, Epple M. Characterization of crocodile teeth: correlation of composition, microstructure, and hardness. J Struct Biol. 2013 Nov;184(2):155-63. doi: 10.1016/j.jsb.2013.09.018. Epub 2013 Oct 1. PMID: 24091039.

3. Sellers KC, Schmiegelow AB, Hollidaym CM. The significance of enamel thickness in the teeth of Alligator mississippienis and its diversity among crocodyliforms. J. Zool. doi:10.1111/jzo.12707 (2019).

4. Beniash, E., Stifler, C.A., Sun, CY. et al. The hidden structure of human enamel. Nat Commun 10, 4383 (2019). doiточкаorg/10.1038/s41467-019-12185-7

5. Finger Jr, John & Thomson, Peter & Isberg, Sally. (2019). A pilot study to understand tooth replacement in near-harvest farmed saltwater crocodiles (Crocodylus porosus): Implications for blemish induction. Aquaculture. 504. 10.1016/j.aquaculture.2019.01.060.

6. Kieser JA, Klapsidis C, Law L, Marion M. Heterodonty and patterns of tooth replacement in Crocodylus niloticus. J Morphol. 1993 Nov;218(2):195-201. doi: 10.1002/jmor.1052180208. PMID: 29865481.

7. NOTES ON TOOTH REPLACEMENT IN THE NILE CROCODILE CROCODILUS NILOTICUS DFG Poole Proceedings of the Zoological Society of London 136 (1), 131-140, 1961