許多人都飽受口腔問題的困擾，從齲齒、牙列不齊到智齒阻生，牙齒本是我們身體最堅硬的一部分，卻也最容易出現問題。反觀其他脊椎動物，即使沒有精心進行牙齒的日常養護，它們也很少患有牙科疾病。人類的牙齒為何如此脆弱？這篇節選自《環球科學》5月新刊的文章告訴我們，這很可能與現代人食譜的變化有關：我們的飲食更精細了，但牙齒還沒做好準備。
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撰文 |?彼得·S·昂加爾（Peter S. Ungar）
翻譯 |?郭林
審校 |?趙凌霞
對許多年輕人來說，拔掉智齒就像是成年儀式。然而從我的專業角度來看，這種“習俗”實在是錯的離譜。我是一名牙齒人類學家，同時也是一名古生物學家。在過去的30年余年里，我一直致力于研究現代人、人類祖先以及其他脊椎動物的牙齒。與現代人類不同，大部分脊椎動物都沒有牙列不齊或齲齒等牙齒疾病。人類祖先也很少患牙周病或智齒阻生。
事實上，現代人的牙齒處于一個非常矛盾的狀態：牙齒是我們身體中最堅硬的部分，但也無比脆弱；牙齒化石能保存幾百萬年，而我們的牙齒卻不能陪伴我們一生；牙齒讓我們的祖先在生物圈中占據了優勢地位，然而現代人的牙齒卻需要精心養護。這種矛盾基本上是在工業時代，才在現代人中出現的。對此，科學家的最佳解釋是，使我們的牙齒及頜骨演化至今的食物與現代飲食存在差異。古生物學家很早就明白，我們的牙齒有著悠久的演化歷史。而現在，臨床研究者和牙醫也開始關注這一問題。
演化生物學家常常會驚訝于人類眼睛之復雜，認為它是“奇跡般的設計”。但對我而言，人類牙齒結構的精妙之處遠超眼睛。構建牙齒的基本物質，和食物所含的其實是同一類。牙齒具有非凡的硬度和韌性，可以避免裂紋的產生和擴散。這得益于其外層和內部的完美結合：牙齒外層是牙釉質，幾乎完全由磷酸鈣構成，非常堅硬；牙齒內部含有有機纖維，使牙齒足夠堅韌。
不過，牙齒真正的神奇之處在于其微觀結構。我們都知道，一根竹簽很容易折斷，但一把竹簽卻很牢固。牙釉質中的微晶就像這些竹簽一樣，它們呈細長的柱狀，每根只有人頭發的千分之一粗。許多微晶捆在一起，就會形成棒狀的釉柱。無數個釉柱平行排列，就組成了牙釉質。經計算，每平方毫米的牙釉質中存在數萬個釉柱，這些釉柱幾乎垂直于牙本質，并且會扭動、彎曲或交織，正是這種精巧的微觀構造賦予了牙齒持久的強度。
這樣的設計不是突然出現的，牙齒已經經歷了數億年的演化。
在5億多年前的寒武紀，地球上出現了最早的脊椎動物——無頜類。這些最原始的魚類沒有牙齒，但科學家在它們的頜部周圍發現了一些類似牙齒的鱗板：每一片鱗板都分為內外兩部分，有時表面還覆有堅硬的礦化層，鱗板內部則是通有血管和神經的髓腔。很多古生物學家都認為這些鱗片經過自然選擇最終演化為牙齒。
第一批真正的牙齒出現在有頜類中，它們出現的時間更晚。這些牙齒形態比較簡單，大多長得像尖刺一樣，使這些魚類可以咬住獵物，甚至通過刮、撬、夾等各種方式捕食其他生物。例如棘魚類（Acanthodians）在4.3億年前的志留紀就長出了牙齒。不過它們不會掉牙或換牙，牙齒也缺少高度礦化的表層。
一旦牙齒就位，進一步的變化隨之到來。在約4.15億年前的志留紀-泥盆紀界線，肉鰭魚類（Sarcopterygians）首先出現了釉質層。肉鰭魚是硬骨魚的一支，它們演化出了有骨骼和肌肉支撐的鰭。目前認為，它們就是現代四足動物（例如兩棲類、爬行類和哺乳類等）的祖先。而同一時期的其他魚類則缺少釉質層，也缺少能編碼釉質形成所需蛋白的基因。
在哺乳動物的起源及其早期演化中，牙齒起到了非常重要的作用，它們能幫助維持恒溫所需的新陳代謝。在安靜狀態下，哺乳動物消耗的能量是相同體型的爬行動物（無法調節自身體溫）的10倍以上。為了補充能量，自然選擇的壓力就體現在了牙齒上。其他的脊椎動物只需要用牙齒抓住并殺死獵物就夠了，而哺乳動物則需要從每一餐中獲取更多的卡路里。為了做到這一點，它們必須充分咀嚼自己的食物。
哺乳動物的牙齒操縱著咀嚼的過程。通過施加壓力，牙齒會固定住食物并致其破碎。為了充分地發揮咀嚼的作用，牙齒咬合需要精確到毫米級。為了便于咀嚼，早期哺乳動物已經喪失了換牙的能力。這也解釋了為什么大部分哺乳動物與魚類和爬行類不同，即使老牙已經磨平或者破損了，也不會持續生長新牙。
釉柱也同樣是適應咀嚼的特征之一。大部分研究認為，釉柱的演化是為了增強牙齒咀嚼的強度。哺乳動物牙齒的基本結構——牙本質的牙冠外包裹著釉柱層——早在三疊紀就出現了。包括人類在內的哺乳動物的臼齒看似形態各異，但其實都只是同一模板的微調。
口腔菌群與齲齒牙齒的演化史不僅解釋了它們為何如此強韌，也解釋了為何現代人的牙齒存在缺陷。簡單來說，牙齒的這種結構是為了適應特定的環境條件，包括受到的壓力、可能的磨損，以及口腔內的某些化學物質和細菌。這就導致口腔環境的任何變化，都會對毫無防備的牙齒造成損害。現代人的飲食就造成了這樣一種情況，它與以往地球上所有生物都不同。我們的生理結構并不能適應我們的行為，這就導致現代人飽受齲齒、智齒阻生及其他牙頜問題的困擾。
全球有數十億人受到了牙科相關疾病的困擾。然而在過去30余年間，我研究了成百上千塊牙齒化石以及現生動物的牙齒，卻幾乎沒有發現過任何牙科疾病的跡象。
為了了解現代人類的牙齒為何如此容易生病，我們需要參考自然狀態下的口腔環境。健康的口腔中居住著數十億個微生物，其中細菌就多達700余種。其中大多數細菌是有益的，可以抵御疾病、幫助消化以及調節機體機能。不過也有一些細菌對牙齒是有害的，它們代謝產生的乳酸會破壞牙釉質。通常情況下，它們的數量會受到有益菌的限制。這些細菌可以產生堿性物質和抗菌蛋白，從而抑制有害菌的生長。在過去幾億年間，牙齒一直維持著這種破壞與修補的平衡狀態。
這種平衡一旦被打破，就會誘發齲齒。比如，富含碳水化合物的飲食會利于產酸細菌的增殖，并導致口腔的pH值下降。在這種酸性環境下，有害細菌會更加猖狂，還會制約有益細菌的生存，從而進一步降低環境pH值。這一連串的過程被臨床研究者稱為“菌群失調”（dysbiosis）。常見的蔗糖尤其容易引起這種麻煩。利用蔗糖，有害細菌可以形成一層厚厚的牙菌斑，牢牢粘附在牙齒上。即使沒有食物來源，牙菌斑中儲存的能量也足夠它們消耗，這也就意味著牙齒會更持久地暴露于酸性物質的攻擊。
很早之前，考古學家就提出，在約1萬年前的新石器時代，人們從采集轉變為耕作的生活方式和齲齒的出現存在聯系。這是因為小麥、水稻和玉米富含可用于發酵的碳水化合物，正符合了產酸細菌的需求。而齲齒率的真正激增，出現在工業革命時期。我們的食物經過了更精細的加工，蔗糖也廣泛出現于餐桌上。加工過的食物通常更柔軟，需要的咀嚼過程更少，無法磨平牙齒的小凹陷或縫隙，給牙菌斑提供了良好的生存空間。
不幸的是，由于牙齒的發育過程特殊，我們的牙釉質不能像皮膚、骨頭一樣重新生長。在牙釉質形成過程中，成釉細胞（ameloblast，一種形成牙釉質的細胞）會由牙齒內部向外遷移，最終到達牙齒表面，遷移的痕跡就形成了釉柱。我們的牙釉質之所以無法生長，就是因為在牙冠發育完整以后，這些成釉細胞就消失了。而產生牙本質的成牙質細胞（odontoblast）的遷移方向與成釉細胞完全相反，它們會向內移動最終到達牙髓腔。在個體的一生中，這些成牙質細胞都可以繼續產生牙本質，從而修復和替換磨損或受傷的組織。如果牙本質遭到了更嚴重的傷害，新鮮的細胞會形成牙本質層，以保護牙髓腔不受傷害。
然而齲洞卻可以突破自然防護感染牙髓腔，最終使牙齒完全壞掉。相比過去漫長的生命演化歷程，工業革命后的幾個世紀短暫如白駒過隙，根本不足以讓我們的牙齒適應如今高糖分、精加工的飲食結構。
頜骨壓力的缺失如今，口腔正畸也成為了一項普遍需求。約9成的人都至少存在輕微的牙列不齊或咬合錯位的問題，四分之三的人都存在無法正常萌出的智齒。簡單來說，這是因為我們的牙齒和頜骨并不匹配。其根本原因也和齲齒一樣，是現代人類全新的飲食內容破壞了口腔環境的平衡。
早在1920年，澳大利亞著名的口腔正畸醫生貝格（"Tick" Begg）就注意到了這種牙頜不匹配的現象。貝格認為，自然狀態下相鄰牙齒間的磨損會給口腔騰出更多的空間。他相信頜骨的長度在演化過程中已經被“設計好”了。我們的牙齒本是為了研磨堅硬的食物而生的，但現代柔軟、精加工的食物打破了牙齒尺寸和頜骨長度間的平衡。
基于這樣的假設，貝格發明出一套矯正牙齒的方法，一直以來這一方法都被業界認為是“金標準”。這種方法需要拔掉前臼齒（位于犬齒與臼齒之間）以騰出空間，再用金屬絲將其他牙齒箍起來，達到拉伸牙弓、讓空缺消失的效果。事實證明，貝格的方法的確有效，并能使患者受益終生。
貝格關于牙齒與頜骨之間不匹配的觀點是正確的，但是他搞錯了一些細節。美國南伊利諾伊大學（Southern Illinois University）的人類學家羅布·科魯奇尼（Rob Corruccini）在研究中指出，牙弓形態的關鍵不在于牙齒的磨損，而在于進食時頜骨感受到的壓力。而且問題也并非是現代人的牙齒沒有磨損，而是頜骨太小了。
科魯奇尼解釋道，自然條件下，嬰兒咀嚼食物時會給頜骨壓力并讓其生長，最終牙齒的大小應當正好適合頜骨。當頜骨在發育中沒有得到應有的刺激時，前部的牙齒就會變得擁擠，并導致后部牙齒阻生。他對猴子做的實驗也證明了這一理論，那些喂了更軟食物的猴子的頜骨較小，也更容易出現牙齒阻生。
根治口腔疾病從演化的角度看，人類生態的轉變導致了我們的牙齒疾病。這一全新視角有利于研究者和臨床醫生從根本上解決口腔問題。目前的治療手段會對牙冠進行窩溝封閉，使用氟化物修補或強化牙釉質，但是這些措施都不能從根本上調節菌群。一些具有殺菌效果的漱口水的確可以殺死引發齲齒的細菌，但它同樣也會殺死有益菌種。受到最近微生物組學治療方法的啟發，研究者已經開始嘗試改造牙菌斑的環境。我們即將迎來引入口腔益生菌、靶向抗菌藥物和微生物移植等新療法。
對于口腔正畸方案，我們也要考慮自然條件下的口腔環境。牙科醫生和正畸醫生開始意識到，精加工的嬰兒食物改變了嬰兒面部和頜骨的應力分布。咀嚼造成的壓力會激發兒童頜骨和面中部骨骼的正常發育，而以糊狀的嬰兒食物喂養孩子會導致這些部位長期得不到充分發育。有時，這一問題的影響比牙列不齊更為嚴重：一些專家提出這樣會導致氣道狹窄，并可能誘發睡眠呼吸暫停綜合征。
沒有人想讓蹣跚學步的孩子被太硬的食物噎到，但比起豌豆泥來說，我們也許能找到更合適的食物幫助孩子斷奶。近幾年誕生了一門新的產業，專門致力于幫助孩子打開氣道，促進頜骨的正常發育，幫助牙齒自然排列。我們有一系列有效的口腔問題治療方法，但是如果我們能像祖先一樣，用咀嚼強度更高的食物來喂養孩子，也許很多人就可以避免這些治療了。
本文作者：彼得·S·昂加爾是美國阿肯色大學（University of Arkansas）的古生物學家和人類牙齒學家。他主要專注于現生及化石靈長類動物的食性和取食適應性的研究。
本文譯者：郭林是中國科學院古脊椎動物與古人類研究所碩士研究生，研究方向為古人類學。
本文審校：趙凌霞是中國科學院古脊椎動物與古人類研究所研究員，主要從事古人類學領域的研究。
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