牙结石考古探秘

沈臻懿

被牙结石“封印”的物质

当我们在镜子前观察自己的牙齿时，有时会发现牙齿表面有一些黄白色的软垢或硬化物质。用手使劲抠下一小块后稍嗅一下，其味道更是令人“眉头紧锁”。这种令人感到恶心的物质就是牙结石，亦称牙石，系口腔内细菌与食物残渣、蛋白质等形成的牙菌斑（因没有及时清除而沉积、钙化）。

在人们的普遍认识中，化石的形成往往需要极为漫长的历史沉淀。但对于牙菌斑到牙结石的转变来说，仅仅只需要一两周时间！而这一过程，同一般意义上的化石形成“如出一辙”！原来，埋藏于地底下的化石，是地下水中的矿物质渗透至生物体中，经石化所形成；而牙结石是唾液中的矿物质沉淀至牙菌斑上，钙化而成的。

牙结石自身具有规律性分层的特点，每层厚度基本在20至200微米之间。每两周左右，人们口腔内的一批微生物就会钙化成为牙结石。如此循环往复，一层又一层被钙化的口腔微生物就会不断地附着于牙齿之上。如果不加以清洁和除垢，大量口腔微生物组就会留存于牙结石之内。生物体死亡后，大部分的身体组织都会分解，真正能够形成化石的仅仅只有一小部分。

牙结石鉴于其钙化方式，得以将微生物等予以极大保存。研究表明，牙结石中有90%左右的体积为口腔微生物组，其余则为食物残渣、自身DNA、病原体以及来自环境中的烟雾、灰尘等颗粒。毫不夸张地说，任何进入口腔中的物质都有可能被牙结石所“封印”。换个角度而言，其就如同一个“时间宝库”，蕴含着诸多人体一生中的细节信息。

人类牙结石、龋齿等牙齿疾病从新石器时代开始激增

考古学家眼中的“香饽饽”

牙科医学的发展以及健康生活的习惯，促使现代人采用刷牙、牙线以及洗牙等方式来预防和治疗牙结石。但对于远古时代没有刷牙习惯的人类来说，牙结石在彼时普遍存在，沉积数量较大的情形也极为常见。作为一种矿化化石，牙结石可以保留相当长的时间，甚至在距今4.8万年前的尼安德特人牙齿上亦有发现。

早些年间，牙结石和考古之间似乎相去甚远。考古学家在研究时，往往会将牙结石从骨骼上去除，并不对其进行专门检验。但近年来，牙结石已然成为考古学家眼中的“香饽饽”，其留有的考古信息日益受到关注，研究技术手段也在不断更新。科学家借助于稳定同位素比值和微量元素含量的测定，对考古发掘中出土的古人类牙齿上的牙结石予以化学成分分析，从而研究彼时人类的饮食结构、生存环境、生活方式以及人口迁徙等方面内容。

人类从狩猎时代逐步过渡至较为平稳的农耕时代后，食物结构也发生了较大变化，转而以高淀粉类食物为主。这些食物残渣会大量留存于牙齿表面，加之落后的口腔护理，极易产生菌斑等牙齿问题。诸如牙结石、龋齿等牙齿疾病也随之从新石器时代开始激增。

在不少考古遗址中，有时会出土各类古代食物或者器物中残留的食物等。客观而言，这些考古发现亦能辅助人们对古代饮食习惯、食物结构等方面的研究。但前者反映的更多是较短时间内的一些进食情况，而牙结石则能较为充分地反映出某一个人在一段时期内的饮食构成。毕竟，一层又一层的牙结石非一日所成，其贯穿于个体的一生，因而能够提供更为长久的食物结构周期和记录。

对于考古学家来说，数千年前甚至更久远的化石上的牙结石，都是一段段“被尘封的历史”，需要用专业技术和手段来揭示这些“未解之谜”！

揭示过去之谜的“时间信息宝库”

牙结石作为一种饮食文化和遗传信息的稳定载体，保存有大量的代谢信息。科学家们借助分子生物学技术，得以发现牙结石中可能来源于膳食的植物微化石，如淀粉颗粒、花粉等，以及代谢产物。德国慕尼黑大学考古学家在对3700年前的黎凡特人进行研究时，即通过检验遗骸中的牙结石，来分析当时黎凡特地区的饮食结构。科学家研究古人牙垢中的植物微化石成分后，发现了古代黎凡特人食用的本地产小麦、椰枣等粮食及水果。但与此同时，科学家还在牙结石样本中发现了香蕉蛋白、大豆蛋白以及姜黄等信息。当时，只有亚洲才种植香蕉、大豆等产物，而黎凡特地区并不在种植范围之内。这一发现，似乎也说明了在3700年前，就已经有专门的商队和贸易，将亚洲的水果、谷物和香蕉等运输至地中海。这些具有开创性意义的发现，无疑均来自牙结石考古的助力。

牙结石的形成，即是牙菌斑经历周期性的矿化。在这种过程中，龈沟液和唾液中的磷酸钙离子会在牙菌斑基质中沉淀。矿化作用的存在，使得牙结石还可以保存相当数量的遗传信息。牙结石中含有的羟基磷灰石礦物会与DNA紧紧结合在一起，从而让遗传物质得以长久保存。科学家通过对于个体相应部位中所含的DNA含量进行检验测定后发现，牙结石中存有的DNA含量居然大大超出牙齿、骨骼等部分，这也使其成了古代DNA考古来源的“富矿区”——其DNA含量比牙齿、骨骼要多出10倍乃至1000倍之巨。

牙结石中有9 0%左右的体积为口腔微生物组，其余则为食物残渣、自身DNA、病原体以及烟雾、灰尘等颗粒

既然科学家已在4.8万年前的古人牙齿上发现牙结石，那么这一“时间信息宝库”能否带领人们去揭开更为遥远的过去之谜呢？诚然，牙结石是古代DNA来源的“富矿区”，但DNA自身的特性，决定了其有着半衰期的存在。每隔一段周期，构成DNA骨架的核苷酸间的化学键有一半就会断裂。这就意味着，倘若时间过于久远的话，DNA也将无法保存。但相较于DNA来说，蛋白质的化学性质更为稳定，且存续时间更持久。目前已发现的最为古老的牙结石，存在于一只距今1200多万年前的中新世森林古猿的化石上。在这一如此远古的牙结石中，基本不会有完整的DNA存在，但如果还含有完整蛋白质的话，借助于古代蛋白质的分析，也可帮助人们对祖先生存状况等展开研究。

编辑：黄灵  yeshzhwu@foxmail.com