出品：科普中國

作者：蘇澄宇（科普創(chuàng)作者）

監(jiān)制：中國科普博覽

編者按：為解碼生命科學(xué)最新奧秘，科普中國前沿科技項目推出“生命新知”系列文章，從獨特的視角，解讀生命現(xiàn)象，揭示生物奧秘。讓我們深入生命世界，探索無限可能。

龍牙，象征著力量、保護、堅韌和神秘。在希臘神話里，伊阿宋將龍牙播種在地里，這些龍牙變成了武裝戰(zhàn)士；在奇幻小說中，龍牙被用來制作強大的魔法武器；在游戲里，龍牙被用作制作強大藥水和魔法物品的材料……

它不僅存在于幻想的世界里，也“存在”于真實的世界。有一種反坦克障礙物被稱為龍牙，是一種堅固的混凝土結(jié)構(gòu)，用于阻擋敵方坦克和裝甲車輛的進攻。

龍牙，一種反坦克障礙

（圖片來源：Wikipedia）

其他龍的牙硬不硬不好說，畢竟不管是東方龍（loong），還是西方龍（恐龍另外再說）現(xiàn)實世界里找不到。但有一種叫科莫多龍的“龍”，經(jīng)過科學(xué)證實，它的牙是真的硬，因為牙里面有一些“不同尋?！钡臇|西。

科莫多巨蜥

（圖片來源：britannica）

巨型蜥蜴科莫多龍生活在印度尼西亞的科莫多島，專業(yè)稱之為科莫多巨蜥(Varanus komodoensis)，它是現(xiàn)存地球上最大的蜥蜴（雄性科莫多巨蜥最長可達3米），以其巨大的體型和致命的捕獵技巧而著稱。它的命名由來已久，1912年，第一支荷蘭探險隊登陸印尼的這座小島，帶回幾只被射殺的“怪獸”，將把它們命名為科莫多龍（Komodo Dragon）。

科莫多巨蜥的頭骨

（圖片來源：Wikipedia）

之前有研究證明科莫多巨蜥有毒，它顱骨的MRI掃描顯示下顎中存在兩個毒腺。然而，很少人了解它的尖牙。亞倫·勒布朗（Aaron LeBlanc）和他的研究團隊從各大自然歷史博物館和動物園收集了科莫多巨蜥的牙齒樣本。這些樣本包括骨骼標本和保存于液體中的牙齒?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，這些牙齒不僅具有鋸齒狀邊緣，還覆蓋著一層獨特的橙色涂層。

科莫多龍的牙齒，可以看到邊緣的鋸齒

（圖片來源：參考文獻1）

這種橙色不僅在功能牙齒上明顯存在，在替換牙齒上也同樣明顯，這表明橙色并非進食而染色的結(jié)果。

橙色涂層

（圖片來源：參考文獻1）

功能牙齒指的是當前正在使用的、發(fā)揮實際功能的牙齒。替換牙齒指的是尚未替代功能牙齒的備用牙齒。對于科莫多巨蜥來說，它的新牙齒通常在舊牙齒的根部或側(cè)面開始發(fā)育。新牙齒逐漸成熟時會推動舊牙齒脫落，最終取而代之。這一過程確保了科莫多巨蜥始終有一套功能齊全的牙齒。

即使是萌牙上也有橙色涂層

（圖片來源：參考文獻1）

接下來，團隊使用掃描電子顯微鏡（SEM）和能量色散光譜（EDS）對牙齒樣本進行了詳細的分析。他們用樹脂將樣本固定，并在真空環(huán)境下進行處理。樣本被切割成薄片便于顯微鏡觀察。在SEM圖像中，他們清晰地看到了牙齒表面一層明亮的涂層，這正是富含鐵質(zhì)的涂層，厚度約為1-2微米。

電鏡下，牙冠頂層的橙色涂層厚度

（圖片來源：參考文獻1)

為了更精確地測定牙齒涂層的成分，研究團隊使用了同步輻射X射線顯微熒光光譜（S-μXRF）和顯微衍射（S-μXRD）技術(shù)。這些技術(shù)幫助他們確認了牙齒涂層中的鐵質(zhì)主要以六水合氧化鐵形式存在。這種成分在一些嚙齒類動物的牙齒涂層中也曾被發(fā)現(xiàn)，比如啃樹海貍的橙色大門牙。

海貍的橙色大門牙

(圖片來源：mcgill）

最后，為了測量這些鐵質(zhì)涂層的硬度，科學(xué)家們進行了納米壓痕測試，測量牙齒不同部分的硬度和彈性模量。

在納米壓痕測試中，橙色涂層區(qū)域的平均硬度測量值為6.8±0.3GPa（吉帕斯卡爾），彈性模量測量值為110±5GPa。而不含涂層的牙釉質(zhì)區(qū)域的平均硬度測量值為6.0±0.2GPa，彈性模量測量值為100±4GPa。結(jié)果表明，橙色金屬涂層的存在確實增強了牙齒的硬度和剛性，使科莫多龍在捕食和撕裂獵物時更具優(yōu)勢。

拿人類來做對比，根據(jù)之前的研究，人類牙釉質(zhì)的硬度平均值為4.5±0.5GPa，彈性模量平均值為100±10GPa?？梢?，有了金屬涂層，確實加強了很多，起碼在硬度方面很明顯。

為什么氫氧化鐵涂層可以增強牙齒硬度呢？

根據(jù)前面SEM和EDS分析顯示，涂層中的鐵氫氧化物分布均勻，并且與牙釉質(zhì)緊密結(jié)合。這說明在牙齒表面沉積鐵氫氧化物時，這些顆粒與牙釉質(zhì)之間形成了牢固的界面結(jié)合。這種界面結(jié)合通過化學(xué)鍵和物理嵌合增強了涂層與牙齒基質(zhì)的附著力，從而提高了整體的機械強度。

其他蜥蜴牙齒上是不是也有橙色的鐵質(zhì)涂層呢？

科學(xué)家調(diào)查了巨蜥屬（Varanus）和蜥蜴屬（Heloderma）的一些物種它們的牙齒，包括已經(jīng)滅絕的遠古巨蜥。下圖是一個系統(tǒng)發(fā)育樹，展示了不同巨蜥物種之間的進化關(guān)系，并配有每種巨蜥和蜥蜴的牙齒照片。紅色分支表示具有明顯且持續(xù)存在的牙齒邊緣色素的物種；黑色分支表示沒有明顯色素的物種；藍色分支表示牙齒偶爾或不一致地出現(xiàn)色素的物種；橙色分支表示由于化石化作用，色素水平未知的物種。

（圖片來源：參考文獻1）

由此可見，蜥蜴和蜥蜴之間牙齒差別還是蠻大的，不過普遍都有鋸齒結(jié)構(gòu)。

那同是大型爬行動物的鱷魚呢？亞倫·勒布在做實驗之前就想到了這點，亞倫從動物園弄來了不同的幾只鱷魚脫落牙齒，又從加拿大阿爾伯塔省恐龍省立公園（Dinosaur Provincial Park）弄來了晚白堊紀時期的鱷魚化石牙齒。

對鱷魚的牙齒分析

（圖片來源：參考文獻1）

鱷魚牙齒的結(jié)果和科莫多龍的不完全一樣。一樣的點在于，鱷魚牙齒樣本也顯示出富含鐵的特征。不一樣的點在于，這種涂層在牙齒表面分布不均勻，而且涂層厚度不如科莫多巨蜥。通過進一步的LA-ICP-MS分析，發(fā)現(xiàn)鱷魚牙齒的牙本質(zhì)中鐵和鈣的濃度增加，但在外部牙釉質(zhì)中未觀察到顯著的鐵濃度增加。

而在化石鱷魚牙齒樣本中（上圖的q、r），牙本質(zhì)內(nèi)的鈣和鐵信號明顯增強，但在牙釉質(zhì)中未見顯著鐵涂層，這可能是由于化石化過程掩蓋了這些特征，不太好說?？偟膩碚f，雖說它們都是大型爬行動物，而且都是狠家伙，但富鐵涂層在結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分上的顯著差異。

那恐龍的呢？

沒想到吧，科學(xué)家還弄來了暴龍和馳龍的牙齒！對它們的牙齒的微觀結(jié)構(gòu)做了觀察，發(fā)現(xiàn)暴龍牙齒的鋸齒邊緣沒有顯著的鐵沉積，鐵主要集中在牙齒內(nèi)部的牙本質(zhì)區(qū)域，不過信號不怎么明顯。而且暴龍的琺瑯質(zhì)呈波浪狀，這種波狀琺瑯質(zhì)可能通過復(fù)雜的微裂紋路徑來阻止裂紋擴展，從而增強牙齒的耐用性。

暴龍和馳龍的牙齒，可見明顯的鋸齒結(jié)構(gòu)

（圖片來源：參考文獻1）

不管在馳龍牙齒的鋸齒邊緣還是內(nèi)部，都沒有檢測到顯著的鐵信號。而且馳龍牙齒的琺瑯質(zhì)相對簡單，多為平行晶體型琺瑯質(zhì)（parallel crystallite enamel），與暴龍牙齒的波狀琺瑯質(zhì)相比，結(jié)構(gòu)較為單一。

無論是暴龍還是馳龍的牙齒，都沒有發(fā)現(xiàn)顯著的鐵沉積，這與科莫多龍牙齒中的鐵涂層形成了鮮明對比?？赡苁腔^程掩蓋了這些信號，或者這些恐龍在牙齒上沒有這種適應(yīng)性。

雖說找不到鐵涂層，但根據(jù)測試，暴龍的琺瑯質(zhì)和牙本質(zhì)比科莫多巨蜥、密西西比鱷魚的相應(yīng)區(qū)域硬度高出一倍，這可能是化石化的作用，所以活著的恐龍牙齒到底有多硬，這就不好說了。但肯定是硬的，至少比人的硬，畢竟微觀結(jié)構(gòu)在那擺著。

龍牙，原來真的是硬！不愧為頂級獵食者！

參考文獻：

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.