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內容簡介

吃軟不吃硬，好牙演化來不及

現代人常吃高度加工食物，因此改變齒顎咬合受力，也引發口腔環境變化，使牙齒適應不良，出現阻生齒、蛀牙。

撰文／安格（Peter S. Ungar） 翻譯／姚若潔

我坐在口腔外科醫師的診間外等女兒，這裡的情景令人想起工廠裡的生產線：病患一個接著一個走進去，讓口腔外科醫師拔掉他們的第三大臼齒（俗稱智齒）。他們出來時頭上裹著附有冰袋的服貼繃帶，手上拿著贈品T恤、居家照護說明手冊、抗生素以及止痛藥處方。

在今天的美國，拔智齒是年輕人必經的儀式。然而從我的觀點來看，這個傳統非常有問題。我是牙齒人類學家，同時也是古生物學家，花了30年研究現代人、人類化石以及其他無數物種的牙齒。人類的牙齒狀況異乎尋常，而其他脊椎動物幾乎沒有和我們一樣的牙齒病症，牠們很少有不整齊的牙齒或齲齒（即蛀牙）。人類祖先的化石沒有阻生的智齒，看起來也少有牙齦疾病。

的確，現代人的牙齒充滿矛盾：牙齒是人體最堅硬的部位，卻又脆弱得不可思議；化石記錄中的牙齒熬過了幾百萬年，我們嘴裡的牙卻撐不了一輩子；牙齒讓人類祖先在生物界中佔有優勢，現代人卻需要每天特別照護才能保存牙齒。這樣的矛盾晚近才出現，而且局限在工業時代和現代的人們，對此最好的解釋是，今天的飲食狀況有別於當初人類牙齒與齒顎演化出來的時候。古生物學家很早就了解到我們的牙齒根源於演化史，現在臨床研究和牙醫也開始注意到這件事了。

牙齒的構造 演化生物學家常讚歎人類的眼睛是「設計上的奇蹟」；對我而言，眼睛完全比不上牙齒。我們的牙齒可以完好無缺地咬碎食物（一生中可使用數百萬次），就算構成牙齒的原料和它咬碎的食物一樣。工程師還可以從牙齒學習很多事情：牙齒驚人的強度來自巧妙的結構，這種結構給予牙齒硬度和韌度，可抵抗破裂與擴張。這兩種特性都來自兩項因素的結合：由磷酸鈣構成的堅硬牙釉質牙冠，以及由有機纖維構成具彈性的內層牙本質。

不過，真正神奇的事情發生在微觀尺度。想像一根乾燥的義大利麵條彎折，很容易就會斷掉；但如果有數千根麵條束在一起呢？牙釉質的微晶結構就像這些義大利麵束（每一束的寬度是人類頭髮的1/1000）；而牙釉質再束在一起形成釉柱（prism）；這些釉柱緊密聚集（每平方公釐高達數萬個）形成釉冠（enamel cap）。釉柱位於牙齒表面到牙本質之間，彼此平行排列、盤曲編織，這種優美的排列方式造就驚人的耐受力。

這種設計並非一蹴可幾，牙齒已歷經數億年的演化。古生物學、遺傳學和發育生物學近期的發展，讓研究人員可以重建牙齒結構的演化。

最早的脊椎動物是五億年前於寒武紀出現的無頜魚類，這些最早的魚類沒有牙齒，但牠們的許多後代具有鱗片狀的尾巴和堅硬的頭骨，這些構造是由類似牙齒的磷酸鈣板所構成。鱗板表面有一層牙本質，有時又覆蓋超礦化的堅硬層，內部則是含有血管與神經的髓腔。有些魚的口部環狀排列著具有小凸起或倒鉤的鱗板，或許有助取食。多數古生物學家認為，這些鱗板經過演化篩選，最終形成牙齒。事實上，現代鯊魚的鱗片和這些牙齒非常相似，因此我們把這些結構歸為原齒（odontode）。發育生物學家已經證實，鯊魚鱗片和牙齒以同樣方式從胚胎組織發生，而最近的分子證據也確認兩者是由同一組基因控制。

真正的牙齒後來出現在有頜魚類。這些牙齒大多是簡單的凸起構造，可用來捕捉和固定獵物，還能刮磨、撬開和咬住各種生物。舉例來說，約4億3000萬年前，志留紀某些棘魚（acanthodian，與鯊魚祖先親緣關係較近，已滅絕）就具有牙齒。牠們的牙本質外面沒有超礦化的牙冠，也不會脫落或生出新牙取代舊牙，但這仍然算是牙齒。有些魚在口部附近會長出唇鱗和頰鱗，這是鱗片和牙齒在演化上具連續性的關鍵證據。即使是這類最早的型式，想必也讓牙齒的主人佔有優勢。牙齒在這片原始的海洋中快速散播，有牙支系最終使無牙支系淘汰出局。

牙齒一旦站上舞台，許多創新也隨之產生，包括形狀、數量和分佈的改變，以及換牙、牙固定於顎上的方式。牙釉質最初出現於4億1500萬年前（約在志留紀和泥盆紀之間）一群稱為肉鰭類（sarcopterygian）的生物身上，這個類群包含現生的四足動物（tetrapod，兩生類、爬行類和哺乳類）以及肉鰭魚（lobe-finned fish，前後兩對鰭具有類似四肢的骨頭和肌肉）；而其他魚類缺乏牙釉質和製造牙釉質蛋白質所需的基因。牙釉質最初只出現在類似牙齒的鱗片上，之後才在口中形成。

牙齒在哺乳類的起源和早期演化中具重要地位，因為牙齒在支持溫血（內溫性）動物生存上扮演重要角色。動物自行產生體熱有許多優勢：可以生活在氣候較寒冷或是溫度變化大的地區；讓個體快速移動，擁有較大的地盤；提供覓食、躲避掠食者和撫育子代的耐力。不過保持體溫也需要付出代價：哺乳動物休息時耗費的能量是體型相近爬行類的10倍。補充能量的選汰壓力落到了牙齒上：其他脊椎動物用牙齒捕捉、牽制並殺死獵物；哺乳動物則必須透過牙齒每次的啃咬才能從食物榨取更多熱量，為此牠們必須咀嚼…

目錄

NO.225 2020年11月號

【關於封面】
齒顎矯正在今日十分普遍，為什麼多數人都有齒列不整的問題，蛀牙更是不足為奇呢？新近觀點說明背後的可能原因：經過數百萬年演化而來的口腔環境和構造，來不及適應現代飲食型態的改變，顎骨長度、微生物群系均呈現失衡。

演化
30  吃軟不吃硬，好牙演化來不及 文╱安格（Peter S. Ungar）
現代人常吃高度加工食物，因此改變齒顎咬合受力，也引發口腔環境變化，使牙齒適應不良，出現阻生齒、蛀牙。

醫學 36 
現代亂牙怎麼辦？ 文／姚宗珍、吳秋彬
齒顎矯正的選擇五花八門，除了考量裝置器械的功能和美觀，矯正醫師也需要了解牙齒移動的生理現象，並依據生物力學及顱顏的生長發育做出診斷與治療。

物理學 42 
暗室中的第四類微中子 文／路易（William Charles Louis）、凡得瓦特（Richard G. Van de Water）
一項精密的小型實驗已展開，打算限縮惰性微中子可能的特性範圍，因為它或許是解釋暗物質與暗能量的關鍵。

人類學
50  人道救援，文化海嘯？ 文／薩尼（Ajay Saini）、辛赫（Simron J. Singh）
在孟加拉灣尼古巴群島上，立意良善的災後援助，反而使原住民脫離當地傳統文化，無以恢復。

天文學
58  行星，與它們的誕生地 文／麥格雷戈（Meredith A. MacGregor）
拱星盤是恆星誕生後所留下的塵埃渦漩，高解析度影像顯現出藏身其中的行星，還有關於太陽系演變的線索。

地質學
66  海底火山地磁大翻案 文／薩格爾（William W. Sager）
太平洋海底大塔穆火山的新地磁倒轉證據，讓權威學者推翻自己過去的知名理論。

生態學
72  龍蝦都懂社交距離 文／霍利（Dana M. Hawley）、巴克（Julia C. Buck）
龍蝦、鳥類及靈長類動物原本就會維持社交距離以防範疾病，人類應該借鏡這種做法。

大氣科學
78　四週氣象一次預報 文／佩吉（Kathy Pegion）
28天之後的天氣是冷或熱、是乾爽或潮濕，氣象學家越來越能掌握。

考古學
84　史前農夫西進歐洲 文╱史賓尼（Laura Spinney）
中東農夫在9000年前分成兩路前往歐洲，遇到當地的狩獵－採集者，互動過程中形成階級分明的社會。

 

科學人觀點
6   è ai，è hai，AI不是面相學  文／曾志朗

總編輯的話
8   人道救援也需要眼界  文／李家維

10  讀者論壇

12  科學人新聞
超新星切片｜抗凍混凝土｜遠距找出金屬礦藏｜海藻標本保存海洋史｜奪命空氣｜一覽世界科技進展｜候鳥也是氣象學家｜寶石中的昆蟲化石｜岩漿不一定在火山下｜珊瑚的壓力測試

形上集
24  霍金的諾貝爾獎問題  文／高涌泉

教科書之外
26  沒有一個基因是孤島  文、圖／陳文盛

網上世代
28  比雲端更虛無的無伺服運算  文／葉平

專家看新聞
92  Siri有口音辨識障礙  文／沃爾寇（Nora D. Volkow）

科學佐以詩文
93  宇宙變形的一面  文／索恩（Kip Thorne）、哈洛巒（Lia Halloran）

健康與科學
94  口腔細菌參與癌症轉移  文╱華立斯（Claudia Wallis）

科學焦點
95  正視科學偏見  文／歐瑞斯克斯（Naomi Oreskes）

反重力思考
96  滿腹牢騷  文／米爾斯基（Steve Mirsky）

生物手記
98  蘭嶼紅寶石──琉球暗羅  文／蔡弼丞

科學人書摘
100  要學到需要先注意到  文／摘自《大腦如何精準學習》

圖表會說話
104  鉛污染史  文╱菲謝蒂（Mark Fischetti）、圖表╱布瑞摩爾（Nadieh Bremer）

編輯部的抽屜
106  解憂信，讀者心  文／老編

 

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