Исследования показывают, что распределение ионов магния и железа в эмали зубов оказывает влияние на её характеристики, а также проливает свет на отличия между бобрами, кроликами и другими представителями грызунов.
Пугающий звук бормашины знаком практически каждому. В отличие от акул, чьи зубы обновляются на протяжении всей их жизни, у человека и большинства млекопитающих зубы сменяются всего раз – с молочных на постоянные. Однако у грызунов зубы продолжают расти на протяжении всей их жизни. Это связано с тем, что грызуны постоянно что-то грызут, что способствует равномерному стачиванию зубов. Чтобы эти животные не потеряли свой главный инструмент для выживания, природа обеспечила их системой постоянного роста зубов, компенсирующей износ. Но что же остаётся делать тем, кому зубы даны лишь раз и на всю жизнь? Учёные из факультета материаловедения и инженерии Северо-Западного университета исследовали элементы, укрепляющие зубную эмаль, и раскрыли секрет, благодаря которому бобры способны справляться с деревьями так же эффективно, как бензопила.
Эмаль зубов является самой прочной тканью в человеческом теле. Ее структура основана на тончайших, длинных нитях из гидроксиапатита. Толщина такой нити составляет всего 50 нанометров, а длина в тысячу раз превышает этот показатель. Для примера, если бы высота березы была увеличена по такому же соотношению к диаметру ее ствола, то она достигала бы в высоту около километра. Тысячи подобных нитей соединяются в пучки, которые, несмотря на объединение, остаются чрезвычайно тонкими — примерно в двадцать раз тоньше человеческого волоса. Эти пучки организуются в определенном порядке, формируя своеобразный армирующий каркас для зубной эмали, а промежутки между ними заполняются кристаллами гидроксиапатита.
Гидроксиапатит представляет собой минерал, в составе которого находятся ионы кальция, фосфат и гидроксил ионы. Хотя эмаль почти полностью состоит из этой минеральной основы, даже незначительные количества других ионов способны существенно изменить ее характеристики. К примеру, если заменить даже небольшую часть кальция на ионы магния, эмаль станет более уязвимой к воздействию кислот, что приведет к ее более быстрому растворению. Аналогичный результат произойдет, если фосфат-ионы заменить на карбонат. Однако, если вместо фосфат-ионов будут ионы фтора, свойства эмали значительно улучшатся. Именно поэтому фторсодержащие вещества включаются в состав зубных паст.
Почему во рту появляется кислота, которая столь негативно влияет на зубы, и по какой причине сладости считаются вредными, хотя сами по себе не обладают кислым вкусом? Все дело в бактериях, обитающих в ротовой полости. Эти микроорганизмы, хотя и не представляют угрозы для здоровья в целом, могут нанести вред зубной эмали. Остатки сахара, оставшиеся после еды, становятся питательной средой для этих бактерий. Проблема возникает в том, что в процессе переработки сахара они вырабатывают молочную кислоту, которая увеличивает кислотность во рту. Чем выше кислотность, тем быстрее разрушается эмаль зубов. То есть именно кислотно-основной баланс играет ключевую роль в этом процессе. Интересно отметить, что бобры, например, не склонны к употреблению сладкого, но природа все равно обеспечила их зубы дополнительной защитой. Их эмаль укреплена благодаря особенным ионам, которые изменяют её свойства и делают более устойчивой.
Учёные провели анализ эмали зубов мышей, кроликов, крыс и бобров, применяя высокоточное оборудование. Они детально исследовали структуру нитей эмали, буквально на атомарном уровне, и сделали любопытное открытие. Выяснилось, что устойчивость к кислотам и прочностные характеристики эмали зависят в основном от аморфного вещества, содержащего минералы с высоким содержанием магния или железа. Несмотря на минимальное количество этого вещества, оно значительно влияет на защитные свойства эмали. Так, например, эмаль зубов бобра оказалась в шесть раз более устойчивой к кислотам по сравнению с эмалью зубов кролика. Это стало возможным благодаря присутствию соединений железа, в частности ферригидрита. Этот компонент не только повышает химическую устойчивость, но и делает эмаль более прочной. Можно утверждать, что зубы бобра действительно железные!
Почему до сих пор не создали зубную пасту с добавлением железосодержащих минералов? Возможно, нам и не приходится жевать ветви деревьев, но было бы весьма удобно сократить частые визиты к стоматологам. Если обратить внимание на зубы бобров, можно заметить, что их цвет далек от белоснежного – они скорее желтоватые или даже коричневые. Тем не менее, это невероятно здоровые и крепкие зубы, и именно железные соединения придают им такой оттенок. С точки зрения человека это может показаться не очень привлекательным, однако, судя по всему, бобров этот нюанс не особенно беспокоит.