出品：科普中国
作者：苏澄宇（科普创作者）
监制：中国科普博览
编者按：为解码生命科学最新奥秘，科普中国前沿科技项目推出“生命新知”系列文章，从独特的视角，解读生命现象，揭示生物奥秘。让我们深入生命世界，探索无限可能。
龙牙，象征着力量、保护、坚韧和神秘。在希腊神话里，伊阿宋将龙牙播种在地里，这些龙牙变成了武装战士；在奇幻小说中，龙牙被用来制作强大的魔法武器；在游戏里，龙牙被用作制作强大药水和魔法物品的材料……
它不仅存在于幻想的世界里，也“存在”于真实的世界。有一种反坦克障碍物被称为龙牙，是一种坚固的混凝土结构，用于阻挡敌方坦克和装甲车辆的进攻。
龙牙，一种反坦克障碍
（图片来源：Wikipedia）
其他龙的牙硬不硬不好说，毕竟不管是东方龙（loong），还是西方龙（恐龙另外再说）现实世界里找不到。但有一种叫科莫多龙的“龙”，经过科学证实，它的牙是真的硬，因为牙里面有一些“不同寻常”的东西。
科莫多巨蜥
（图片来源：britannica）
巨型蜥蜴科莫多龙生活在印度尼西亚的科莫多岛，专业称之为科莫多巨蜥(Varanus komodoensis)，它是现存地球上最大的蜥蜴（雄性科莫多巨蜥最长可达3米），以其巨大的体型和致命的捕猎技巧而著称。它的命名由来已久，1912年，第一支荷兰探险队登陆印尼的这座小岛，带回几只被射杀的“怪兽”，将把它们命名为科莫多龙（Komodo Dragon）。
科莫多巨蜥的头骨
（图片来源：Wikipedia）
之前有研究证明科莫多巨蜥有毒，它颅骨的MRI扫描显示下颚中存在两个毒腺。然而，很少人了解它的尖牙。亚伦·勒布朗（Aaron LeBlanc）和他的研究团队从各大自然历史博物馆和动物园收集了科莫多巨蜥的牙齿样本。这些样本包括骨骼标本和保存于液体中的牙齿。科学家们发现，这些牙齿不仅具有锯齿状边缘，还覆盖着一层独特的橙色涂层。
科莫多龙的牙齿，可以看到边缘的锯齿
（图片来源：参考文献1）
这种橙色不仅在功能牙齿上明显存在，在替换牙齿上也同样明显，这表明橙色并非进食而染色的结果。
橙色涂层
（图片来源：参考文献1）
功能牙齿指的是当前正在使用的、发挥实际功能的牙齿。替换牙齿指的是尚未替代功能牙齿的备用牙齿。对于科莫多巨蜥来说，它的新牙齿通常在旧牙齿的根部或侧面开始发育。新牙齿逐渐成熟时会推动旧牙齿脱落，最终取而代之。这一过程确保了科莫多巨蜥始终有一套功能齐全的牙齿。
即使是萌牙上也有橙色涂层
（图片来源：参考文献1）
接下来，团队使用扫描电子显微镜（SEM）和能量色散光谱（EDS）对牙齿样本进行了详细的分析。他们用树脂将样本固定，并在真空环境下进行处理。样本被切割成薄片便于显微镜观察。在SEM图像中，他们清晰地看到了牙齿表面一层明亮的涂层，这正是富含铁质的涂层，厚度约为1-2微米。
电镜下，牙冠顶层的橙色涂层厚度
（图片来源：参考文献1)
为了更精确地测定牙齿涂层的成分，研究团队使用了同步辐射X射线显微荧光光谱（S-µXRF）和显微衍射（S-µXRD）技术。这些技术帮助他们确认了牙齿涂层中的铁质主要以六水合氧化铁形式存在。这种成分在一些啮齿类动物的牙齿涂层中也曾被发现，比如啃树海狸的橙色大门牙。
海狸的橙色大门牙
(图片来源：mcgill）
最后，为了测量这些铁质涂层的硬度，科学家们进行了纳米压痕测试，测量牙齿不同部分的硬度和弹性模量。
在纳米压痕测试中，橙色涂层区域的平均硬度测量值为6.8±0.3GPa（吉帕斯卡尔），弹性模量测量值为110±5GPa。而不含涂层的牙釉质区域的平均硬度测量值为6.0±0.2GPa，弹性模量测量值为100±4GPa。结果表明，橙色金属涂层的存在确实增强了牙齿的硬度和刚性，使科莫多龙在捕食和撕裂猎物时更具优势。
拿人类来做对比，根据之前的研究，人类牙釉质的硬度平均值为4.5±0.5GPa，弹性模量平均值为100±10GPa。可见，有了金属涂层，确实加强了很多，起码在硬度方面很明显。
为什么氢氧化铁涂层可以增强牙齿硬度呢？
根据前面SEM和EDS分析显示，涂层中的铁氢氧化物分布均匀，并且与牙釉质紧密结合。这说明在牙齿表面沉积铁氢氧化物时，这些颗粒与牙釉质之间形成了牢固的界面结合。这种界面结合通过化学键和物理嵌合增强了涂层与牙齿基质的附着力，从而提高了整体的机械强度。
其他蜥蜴牙齿上是不是也有橙色的铁质涂层呢？
科学家调查了巨蜥属（Varanus）和蜥蜴属（Heloderma）的一些物种它们的牙齿，包括已经灭绝的远古巨蜥。下图是一个系统发育树，展示了不同巨蜥物种之间的进化关系，并配有每种巨蜥和蜥蜴的牙齿照片。红色分支表示具有明显且持续存在的牙齿边缘色素的物种；黑色分支表示没有明显色素的物种；蓝色分支表示牙齿偶尔或不一致地出现色素的物种；橙色分支表示由于化石化作用，色素水平未知的物种。
（图片来源：参考文献1）
由此可见，蜥蜴和蜥蜴之间牙齿差别还是蛮大的，不过普遍都有锯齿结构。
那同是大型爬行动物的鳄鱼呢？亚伦·勒布在做实验之前就想到了这点，亚伦从动物园弄来了不同的几只鳄鱼脱落牙齿，又从加拿大阿尔伯塔省恐龙省立公园（Dinosaur Provincial Park）弄来了晚白垩纪时期的鳄鱼化石牙齿。
对鳄鱼的牙齿分析
（图片来源：参考文献1）
鳄鱼牙齿的结果和科莫多龙的不完全一样。一样的点在于，鳄鱼牙齿样本也显示出富含铁的特征。不一样的点在于，这种涂层在牙齿表面分布不均匀，而且涂层厚度不如科莫多巨蜥。通过进一步的LA-ICP-MS分析，发现鳄鱼牙齿的牙本质中铁和钙的浓度增加，但在外部牙釉质中未观察到显著的铁浓度增加。
而在化石鳄鱼牙齿样本中（上图的q、r），牙本质内的钙和铁信号明显增强，但在牙釉质中未见显著铁涂层，这可能是由于化石化过程掩盖了这些特征，不太好说。总的来说，虽说它们都是大型爬行动物，而且都是狠家伙，但富铁涂层在结构和化学成分上的显著差异。
那恐龙的呢？
没想到吧，科学家还弄来了暴龙和驰龙的牙齿！对它们的牙齿的微观结构做了观察，发现暴龙牙齿的锯齿边缘没有显著的铁沉积，铁主要集中在牙齿内部的牙本质区域，不过信号不怎么明显。而且暴龙的珐琅质呈波浪状，这种波状珐琅质可能通过复杂的微裂纹路径来阻止裂纹扩展，从而增强牙齿的耐用性。
暴龙和驰龙的牙齿，可见明显的锯齿结构
（图片来源：参考文献1）
不管在驰龙牙齿的锯齿边缘还是内部，都没有检测到显著的铁信号。而且驰龙牙齿的珐琅质相对简单，多为平行晶体型珐琅质（parallel crystallite enamel），与暴龙牙齿的波状珐琅质相比，结构较为单一。
无论是暴龙还是驰龙的牙齿，都没有发现显著的铁沉积，这与科莫多龙牙齿中的铁涂层形成了鲜明对比。可能是化石化过程掩盖了这些信号，或者这些恐龙在牙齿上没有这种适应性。
虽说找不到铁涂层，但根据测试，暴龙的琺琅质和牙本质比科莫多巨蜥、密西西比鳄鱼的相应区域硬度高出一倍，这可能是化石化的作用，所以活着的恐龙牙齿到底有多硬，这就不好说了。但肯定是硬的，至少比人的硬，毕竟微观结构在那摆着。
龙牙，原来真的是硬！不愧为顶级猎食者！
参考文献：
1.LeBlanc A R H, Morrell A P, Sirovica S, et al. Iron-coated Komodo dragon teeth and the complex dental enamel of carnivorous reptiles[J]. Nature Ecology & Evolution, 2024: 1-12.
2024-08-19
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