Як розподіл іонів магнію і заліза в зубній емалі змінює її властивості, і чим бобри відрізняються від кроликів та інших гризунів.
Лякаючий звук бормашини відомий практично всім. На відміну від акул, у яких зуби оновлюються протягом усього їх риб'ячого життя, у людини і більшості ссавців вони змінюються тільки один раз - з молочних на корінні. Хоча ось у гризунів зуби ростуть все життя. Пов'язано це з тим, що, як би банально це не звучало, але гризуни гризуть, чим і сточують рівномірно свої зуби. Щоб ці тварини не залишилися без основного інструменту до існування, природа дала їм механізм постійного зростання зубів, що компенсує істирання. Але що робити тим, кому зуби даються один раз і на все життя? Дослідники з факультету матеріалознавства та інженерії Північно-Західного університету визначили, які елементи підвищують стійкість зубної емалі і з'ясували, чому бобри можуть розправлятися з деревами не гірше бензопили.
Зубна емаль - сама тверда тканина в нашому організмі. Основу її складають тонкі довгі нитки з гідроксиапатиту. Товщина однієї такої нитки всього лише 50 нанометрів, а довжина в тисячу разів більша. Для наочності, якби біля берези висота була в тисячу разів більше діаметра стовбура, то дерево мало б висоту близько кілометра. Тисячі таких ниток об'єднуються в пучки, але все рівне ще дуже тонкі - у двадцять разів тонші волосся. Ці пучки розташовуються в певному напрямку, утворюючи щось на зразок армуючого каркаса зубної емалі, а простір між ними заповнюється кристалічним гідроксиапатитом.
Гідроксиапатит - це мінерал, що містить іони кальцію, фосфат і гідроксил іони. І хоча емаль практично повністю складається з мінеральної основи, навіть дуже маленькі кількості інших іонів можуть сильно змінювати її властивості. Наприклад, якщо частина кальцію, нехай навіть найменшу, замінять іони магнію, емаль стане більше схильна до дії кислот. Просто кажучи, вона буде швидше розчинятися. Той же ефект викличе заміна фосфат-іонів на карбонат. А от якщо фосфат-іони замінять іони фтору - емаль помітно поліпшить свої властивості. Саме за цим до складу зубної пасти входять фторовмісні речовини.
Звідки в роті береться кислота, яка так згубно діє на зуби і чому шкідливо їсти солодке, хоча воно зовсім не кисле? Справа в тому, що в роті живуть бактерії, і хоч для організму вони і не становлять загрози, але нашкодити зубній емалі можуть. Залишки цукру служать їжею для цих бактерій. Все було б добре, якби ці самі мікроорганізми не переробляли цукор в молочну кислоту, тим самим підвищуючи кислотність середовища. Чим більш кисле середовище - тим швидше буде руйнуватися зубна емаль. Так-так, той самий кислотно-основний баланс. Бобри солодким, наскільки відомо, не зловживають, проте природа все одно нагородила їх додатковим механізмом, який робить їх зуби міцнішими. Все суть полягає в тих самих іонах, які змінюють властивості емалі.
Дослідники взяли зразки емалі зубів миші, кролика, щура і бобра і піддали їх ретельному аналізу на складному обладнанні. Вони буквально атом за атомом вивчили будову ниток, з яких складається емаль, і з'ясували цікаву річ. Виявляється, що на міцність і опірність дії кислот головним чином впливає аморфна речовина, яка містить мінерали, багаті залізом або магнієм. Незважаючи на те, що частка такої речовини вкрай мала, вона кардинально змінює захисні властивості емалі. Наприклад, емаль з зубів бобра виявилася в шість разів більш стійка до кислоти, ніж зубна емаль кролика. Все це за рахунок з'єднань заліза, в основному ферригідриту. Він надає не тільки хімічну стійкість, але і підвищує механічну міцність зубної емалі. Можна сказати що так, у бобра дійсно залізні зуби!
Однак чому ж ще не зробили зубну пасту із залізовмісними мінералами? Нехай нам не потрібно гризти осинові гілки, але скоротити відвідування стоматологів було б дуже приємно. Якщо ви подивитеся на зуби бобра, то побачите, що вони далеко не білі - жовтого, або навіть коричневого кольору. Це абсолютно здорові міцні зуби, а колір їм надають якраз з'єднання заліза. З людської точки зору не дуже естетично, але бобри, здається, не дуже переживають з цього приводу.
Фото: Steve/Flickr, Billy Liar/Flickr, Malcolm /Flickr
За матеріалами: Northwestern Univercity