Почему у бобра такие крепкие зубы

Пугающий звук бормашины знаком практически всем. В отличие от акул, чьи зубы обновляются на протяжении всей жизни, у человека и большинства млекопитающих смена зубов происходит лишь один раз — из молочных в коренные. У грызунов же зубы растут постоянно: они постоянно грызут и тем самым равномерно стачивают свои резцы. Чтобы эти животные не лишились главного инструмента для питания, природа обеспечила их механизмом непрерывного роста зубов, компенсирующим износ. Но почему у бобра такие крепкие зубы, если многие животные не имеют подобного преимущества? Исследователи факультета материаловедения и инженерии Северо-Западного университета ответили на этот вопрос, определив, какие элементы усиливают стойкость эмали и почему бобры способны справляться с древесиной почти как бензопила.

Зубная эмаль — самая твёрдая ткань организма. Её каркас составляют тонкие, вытянутые нити *гидроксиапатита*. Толщина одной нити — всего около 50 нанометров, а длина превышает её примерно в тысячу раз. Для образности: если бы у берёзы высота была в тысячу раз больше диаметра ствола, дерево достигло бы высоты порядка километра. Тысячи таких нитей объединяются в пучки, которые остаются удивительно тонкими — примерно в двадцать раз тоньше человеческого волоса. Пучки ориентированы в определённом направлении, формируя армирующий каркас эмали, а пространство между ними заполняют кристаллические структуры гидроксиапатита.

Гидроксиапатит — минерал, содержащий ионы кальция, фосфат-ионы и гидроксил-ионы. Хотя эмаль почти полностью минерализована, даже следовые количества других ионов способны существенно менять её свойства. Так, если часть кальция будет замещена ионами магния, эмаль станет более уязвимой к воздействию кислот — проще говоря, она будет растворяться быстрее. Аналогичный эффект вызывается заменой фосфат-ионов на карбонат. Напротив, замещение фосфата ионами фтора заметно укрепляет эмаль; именно поэтому в состав многих зубных паст включают фторсодержащие соединения.

Откуда в полости рта берётся кислота и почему вредны сладости, хотя сами по себе они не являются кислыми? Всё дело в микроорганизмах, населяющих рот. Остатки сахара служат пищей для бактерий, которые перерабатывают углеводы в молочную кислоту, повышая кислотность среды. Чем кислее среда, тем быстрее разрушается эмаль. Бобры, насколько известно, не злоупотребляют сладким, но их природа наградила дополнительным защитным механизмом — тем самым распределением ионов в эмали, которое делает её особенно стойкой.

Учёные взяли образцы эмали у мыши, кролика, крысы и бобра и исследовали их на высокотехнологичном оборудовании, буквально изучая структуру нитей атом за атомом. Результаты оказались любопытными: главным фактором, повышающим прочность и кислотоустойчивость, оказалось аморфное вещество, насыщенное минералами с высоким содержанием железа или магния. Хотя доля этого вещества чрезвычайно мала, оно существенно меняет защитные характеристики эмали. Эмаль бобра в экспериментах проявила устойчивость к кислоте примерно в шесть раз выше, чем эмаль кролика. Всё это объясняется соединениями железа, прежде всего ферригидритом. Оно обеспечивает не только химическую стойкость, но и повышает механическую прочность структуры эмали. Иначе говоря, у бобров действительно «железные» зубы — в переносном и частично в прямом смысле.

Почему же тогда не создать зубную пасту с железосодержащими минералами? Хотя нам не нужно грызть ветки осины, снизить частоту визитов к стоматологу было бы приятно. Ответ прост: зубы бобра заметно не белые — они имеют жёлтый или даже коричневый оттенок, который обусловлен именно соединениями железа. С точки зрения человеческой эстетики это не вполне привычно, зато для бобра такие зубы — абсолютно здоровые и очень крепкие. Похоже, сами бобры мало переживают по поводу цвета своей эмали.