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偏振光顯微鏡下 牙齒記錄了你的生命軌跡
2020年04月17日 08:47:50 來源：儀器網(wǎng) 作者：宋池 點擊量：4413

在考古研究中，通過對牙齒化石同位素的分析，古人類學(xué)家可以重建古人類的飲食結(jié)構(gòu)、判斷古人類哺乳時間長短和斷奶時間、揭示古人類的發(fā)育、營養(yǎng)和疾病狀況等。但是根據(jù)同位素分析的結(jié)果無法推測出一個人完整的生命軌跡，因此研究者將方向轉(zhuǎn)向了牙齒中牙骨質(zhì)的結(jié)構(gòu)分析。

　　【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)動態(tài)】古人常以“齒序”指代年齡大小的次序，《水滸傳》中宋江就曾對李逵說，朱仝“論齒序他也是你哥哥”。牙齒與年齡的關(guān)系來自馬一年長一對牙的生長特征。而馬牙也經(jīng)常作為判斷馬齡的重要依據(jù)出現(xiàn)古代相馬、養(yǎng)馬的專業(yè)書籍中。人類的牙齒不像馬一樣與身體發(fā)育有著明顯的聯(lián)系，但牙齒同樣記錄著人體的信息。
 
　　在考古研究中，通過對牙齒化石同位素的分析，古人類學(xué)家可以重建古人類的飲食結(jié)構(gòu)、判斷古人類哺乳時間長短和斷奶時間、揭示古人類的發(fā)育、營養(yǎng)和疾病狀況等。但是根據(jù)同位素分析的結(jié)果無法推測出一個人完整的生命軌跡，因此研究者將方向轉(zhuǎn)向了牙齒中牙骨質(zhì)的結(jié)構(gòu)分析。
 
　　牙骨質(zhì)是覆蓋在牙根表面的薄層骨樣組織，與牙齒成型之后就停止生長的牙釉質(zhì)和牙本質(zhì)不同，牙骨質(zhì)具有不斷新生的特點，可以在牙根表面成層沉積，就像樹木的年輪一樣。而且牙骨質(zhì)也不會像牙釉質(zhì)和牙本質(zhì)那樣，受到外力作用后自身的密度可能發(fā)生改變，影響對身體狀況的記錄。因此牙骨質(zhì)是通過牙齒結(jié)構(gòu)追溯人體一生經(jīng)歷的重大身體變化的理想研究對象。
 
　　紐約大學(xué)的研究團隊近期在《科學(xué)報告》上發(fā)表一項研究。他們從已知生命史和病史的15個人身上收集了47顆牙齒，對這些牙齒的牙骨質(zhì)結(jié)構(gòu)進行組織形態(tài)學(xué)分析后，研究人員準確將不同時期的牙骨質(zhì)與個人生理經(jīng)歷一一對應(yīng)。
 
　　組成牙齒的礦物質(zhì)來自身體內(nèi)部，因此當人體經(jīng)歷重要的生理事件，例如生育，體內(nèi)的礦物質(zhì)平衡就會出現(xiàn)變化，從而使這個時期形成的牙骨質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。研究人員利用偏振光顯微鏡對牙骨質(zhì)的切片進行了觀察研究。
 
　　偏振光顯微鏡是在光學(xué)顯微鏡的基礎(chǔ)上增加了偏振鏡和檢偏振器，從而使顯微鏡可以通過檢查樣品的“各向異性”和“雙折射性”檢測樣品中的有序結(jié)構(gòu)、折射光學(xué)性質(zhì)以及分析某些組織中的化學(xué)成分。在生物樣品中，牙齒在光學(xué)上具有“各向異性”的特征，在偏振光的照射下，微觀結(jié)構(gòu)不同的牙骨質(zhì)會呈現(xiàn)不同的顏色，在顯微鏡下形成明暗不同的分層。研究者在一位享年35歲女性的牙骨質(zhì)縱切圖中發(fā)現(xiàn)了兩條深色帶，對應(yīng)的是這位女性經(jīng)歷的兩次生育事件。
 
　　由于牙骨質(zhì)的分泌速度在人體生命周期內(nèi)基本恒定，因此通過不同顏色的厚度帶與牙釉質(zhì)總厚度之間的比例關(guān)系，就可以計算對應(yīng)的生理事件持續(xù)的時間以及事件發(fā)生時人體的年齡。研究人員計算得出這為女性生育的時間分別為19歲和24歲。
 
　　除了女性的生育和絕經(jīng)事件之外，男性游離睪酮水平的變化以及人體患病經(jīng)歷等事件都會在牙骨質(zhì)上留下痕跡。然而偏振光顯微鏡觀察到的牙骨質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的變化信息有限，雖然可以辨別出一個人在生命的某一階段經(jīng)歷了某一影響身體礦物質(zhì)平衡的重大事件，但并不能完全識別事件的具體內(nèi)容。此外，偏振光顯微鏡對樣品的制備是具有破壞性的，而且要求較高，牙齒樣品的厚度需要縮減到0.10毫米左右。這也限制了這種方法在考古學(xué)上的應(yīng)用。
 
　　目前研究者正在考慮利用相位襯度同步X射線等無損成像技術(shù)解決樣品破壞問題。如果成功的話，考古學(xué)家就可以從古人類牙齒化石上獲取更多的信息，解讀出更多的故事，對古人類的了解也將進一步深入。
 
　　編輯點評：牙骨質(zhì)不僅能修復(fù)因過度咬合力或其他因素造成根面的小范圍吸收或牙骨質(zhì)的折裂，而且還能新生并覆蓋根尖孔，重建牙體與牙周的聯(lián)系。如今，隨著偏振光顯微鏡的研發(fā)和應(yīng)用，對于牙骨質(zhì)的研究更為深入，已經(jīng)能通過牙骨質(zhì)追溯人體一生經(jīng)歷的重大身體變化，未來，相信隨著技術(shù)的進一步提高，研究過程將能更為簡便，實驗人員也能通過牙骨質(zhì)研究獲得更多信息。
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