镶“金边”的牙齿有多强

一剪梅

蚂蚁、蜘蛛和蝎子等小型节肢动物通常会咬或刺穿木材和獸皮等坚硬物质。这是一个了不起的壮举，因为即使我们人类的下巴肌肉很强壮、牙齿很坚硬，也很难直接嚼动一块牛肉干，更不用说一大块树皮了。新的研究揭示了是什么让切叶蚁咬得更有劲——它们满嘴都是金属镶边的牙齿（确切说是口器的上下颚，起着牙齿的作用）。研究人员说，借助功能强大的显微镜，他们发现了切叶蚁颌骨中有一个锌原子网，使它的牙齿像不锈钢刀，坚韧耐用。这种锌分布平滑，在蚂蚁的牙齿边缘形成一个个细小的锯齿，并使它们在很长一段时间内保持锋利。

来自美国俄勒冈大学的生物学研究人员认为，蚂蚁和其他金属牙节肢动物利用锋利的牙精确地施加压力，切割树叶或兽皮。研究团队从先前的研究中了解到，蚂蚁的牙齿含有大量的锌。但是他们很想知道这些金属原子是如何排列的，以及它们如何帮助蚂蚁完成咬的动作。通过离子束显微镜，他们检查切叶蚁牙齿咬合前后的成分组成，并计算出牙齿的硬度、锋利度和耐久性。巴西巴拉那联邦大学的生态学家也发现，蚂蚁的下颚与人的下颚大不相同。从防御到窝的修整，蚂蚁都要依靠牙齿来完成，因此需要牙齿保持锋利的尖顶状。

人的牙齿覆盖着一层珐琅质，这是一种富含钙的物质，是人体内最坚硬的物质。如果在电子显微镜下观察珐琅质，你会发现钙和磷酸盐分子在碳、氢和氧原子周围形成了大块的晶体基质。这些晶体是保持牙齿强壮的原因。相比之下，蚂蚁下颚内侧边缘的微小锯齿状“牙齿”表面覆盖着一层光滑的蛋白质与锌的混合物，蛋白质与锌交错排列。这种被称为“重元素生物材料”的材质，与人类牙釉质的强度相当。不过，珐琅质中的块状磷酸钙晶体不能形成锋利的边缘，这就好比碎石块无法变成一把刀，然而锌不会形成块状晶体，它在整个蛋白质混合物中保持均匀分布。这种良好的有序排布使得牙齿的边缘锋利，也使蚂蚁的牙齿更适合切割。

其他无脊椎动物也都将锌或锰武装到自己的牙齿中。研究小组发现，巨大的蛤蜊蠕虫的下颚中含有高达18%的锌。类似的，蝎子的毒刺和蜘蛛的毒牙使用锌原子和锰原子的混合物，以确保这些细长的针状结构能够刺穿坚韧的肌肉而不断裂。