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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 作者：宋池 點擊量：4414
在考古研究中，通過對牙齒化石同位素的分析，古人類學家可以重建古人類的飲食結構、判斷古人類哺乳時間長短和斷奶時間、揭示古人類的發育、營養和疾病狀況等。但是根據同位素分析的結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向了牙齒中牙骨質的結構分析。
【化工儀器網 行業動態】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”。牙齒與年齡的關系來自馬一年長一對牙的生長特征。而馬牙也經常作為判斷馬齡的重要依據出現古代相馬、養馬的專業書籍中。人類的牙齒不像馬一樣與身體發育有著明顯的聯系，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，古人類學家可以重建古人類的飲食結構、判斷古人類哺乳時間長短和斷奶時間、揭示古人類的發育、營養和疾病狀況等。但是根據同位素分析的結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向了牙齒中牙骨質的結構分析。
牙骨質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和牙本質不同，牙骨質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。而且牙骨質也不會像牙釉質和牙本質那樣，受到外力作用后自身的密度可能發生改變，影響對身體狀況的記錄。因此牙骨質是通過牙齒結構追溯人體一生經歷的重大身體變化的理想研究對象。
紐約大學的研究團隊近期在《科學報告》上發表一項研究。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結構進行組織形態學分析后，研究人員準確將不同時期的牙骨質與個人生理經歷一一對應。
組成牙齒的礦物質來自身體內部，因此當人體經歷重要的生理事件，例如生育，體內的礦物質平衡就會出現變化，從而使這個時期形成的牙骨質的微觀結構發生改變。研究人員利用偏振光顯微鏡對牙骨質的切片進行了觀察研究。
偏振光顯微鏡是在光學顯微鏡的基礎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構、折射光學性質以及分析某些組織中的化學成分。在生物樣品中，牙齒在光學上具有“各向異性”的特征，在偏振光的照射下，微觀結構不同的牙骨質會呈現不同的顏色，在顯微鏡下形成明暗不同的分層。研究者在一位享年35歲女性的牙骨質縱切圖中發現了兩條深色帶，對應的是這位女性經歷的兩次生育事件。
由于牙骨質的分泌速度在人體生命周期內基本恒定，因此通過不同顏色的厚度帶與牙釉質總厚度之間的比例關系，就可以計算對應的生理事件持續的時間以及事件發生時人體的年齡。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事件之外，男性游離睪酮水平的變化以及人體患病經歷等事件都會在牙骨質上留下痕跡。然而偏振光顯微鏡觀察到的牙骨質微觀結構的變化信息有限，雖然可以辨別出一個人在生命的某一階段經歷了某一影響身體礦物質平衡的重大事件，但并不能完全識別事件的具體內容。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上的應用。
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解決樣品破壞問題。如果成功的話，考古學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：牙骨質不僅能修復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的折裂，而且還能新生并覆蓋根尖孔，重建牙體與牙周的聯系。如今，隨著偏振光顯微鏡的研發和應用，對于牙骨質的研究更為深入，已經能通過牙骨質追溯人體一生經歷的重大身體變化，未來，相信隨著技術的進一步提高，研究過程將能更為簡便，實驗人員也能通過牙骨質研究獲得更多信息。
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