专栏名称: 兔十四
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MicroArch|§5.6 牙齿的降解及其中包含信息

兔十四  · 公众号  ·  · 2018-01-15 17:45

正文

你好,这是本兔的第 53 篇推送。


牙齿的成岩作用

我们有一个普遍的印象,牙齿相对于骨骼而言,更不易受到成岩作用的影响。

这就牙釉质而言当然是正确的,但是牙本质则不然,除非,在某些特定条件下,牙釉质能给予牙本质某些保护。

可能管周牙本质是个例外,因为它比管间牙本质更加致密,因此可能比同一位置的管间牙本质和骨骼保存地更好。

牙釉质

对于牙釉质的成岩作用,我们的了解不及骨骼。通常认为由于牙釉质的晶体相比牙本质和骨骼而言更大,并且原子尺度上更有序,所以它们收到成岩作用影响会较小,而这通常也是正确的。有人甚至默认牙釉质不会经历成岩作用,这就是错误的了。

能够证明牙釉质确实经历成岩作用变化的最有名的例子,大概就是电子自旋共振(ESR)测年。 /*不太有名的例子看来是不平衡铀系测年*/

电子自旋共振信号来自铀元素,而铀元素进入牙釉质就是发生在成岩作用中。

/*

*/

铀元素在活体牙齿中是不存在的,然而大多数牙齿化石中都含有铀。牙齿化石与埋藏环境之间可能发生离子和/或同位素的交换。

/*

*/

同样地也能从环境中吸取氟元素。

/*

*/

已经有红外光谱研究证实了碳酸根基团在A和B两个位点 /*A: 碳酸根取代氢氧根,B: 碳酸根取代磷酸根,见12章*/ 的分布会发生变化。

/*

*/

晶体的形状和次级结构也被证实发生了变化。

/*

*/

因此确实有足够的证据证明牙釉质能够并且确实经历成岩作用。

然而,许多针对牙釉质的研究也证实了:牙釉质与骨骼和牙本质相比受到的影响更小。因此牙釉质对于考古学研究来说是一个非常重要的矿物组织,因为它更忠诚地保持了原本的信息。

牙本质

管间牙本质的成岩作用于骨骼材料基本类似,至少到等级结构的第四级,它们只是在微米尺度的组织结构差异。即使到了更高的等级,没有明显的证据证明它们有什么不同。 /*意思就是: 看这篇就可以了 */

管周牙本质主要由交互生长的碳酸磷灰石晶体构成,其中还包含一些蛋白质,而这些蛋白质与构成管间牙本质的蛋白质是不同的。

/*

*/

因此可以预期,管周牙本质的矿物和大分子相都会比管间牙本质保存得更好。


牙齿中包含信息

牙本质

#测年#

实践证明牙釉质是电子自旋共振测年最适宜的材料,同时它也可以用于不平衡铀系测年。

事实上,将这两项技术结合能够得到更可靠的年龄。

/*第五个作者是做释光的,可见OSL和ESR也是一回事

*/

#生活史重建#

将牙釉质和牙本质的切片置于偏振光下,都可见周期性生长的条带,这表现了牙齿生长阶段的每日沉积。

从中可以提取的信息包括牙冠形成需要的时间,以及死亡年龄,如果动物死亡前牙齿仍在形成。用已知年龄的动物校正显示了这一方法非常精确:

/*

*/

尽管在化石材料中,可能会受到保存状态的影响。

此外,这种生长序列的较大的扰动通常显示了动物生命历程中的单个困难事件,如雌性动物的分娩,或者环境压力。

这一方法被用于重建早期人科动物的牙齿发育,

/*

*/

以及青少年的死亡年龄研究。

/*

*/

#迁徙#

牙釉质中锶同位素的比值可用于鉴别人类及其他动物的迁徙。如果牙釉质没有经过重构,那么其中的锶同位素比值就反应了个体幼年生活的环境信息。与同一个体骨骼中锶同位素比值进行对比,就可以获得多个时间点信息。

这种一个很好的应用举例:英国的一个罗马时期遗址发现的一只扁角鹿,经过锶同位素研究证实,可能是在年幼是从欧洲带到了英国。

/*

*/

另外一个例子是:

/*

*/

#古气候复原#

牙釉质晶体中的磷酸根基团 /*PO4*/ 中氧同位素的组成反应了饮用水中的氧同位素。

/*

*/

有些动物体内的水分全部来自饮用水,其中氧同位素含量也反映了地下水中氧同位素的组成。

有些动物体内部分甚至全部水分来自取食,那磷酸盐中氧同位素的组成就反映了它们所食用的植物的氧同位素组成。

/*

*/

在前一种情况下,氧同位素又成为雨水的指标,这与古代气候有关。

牙釉质晶体中碳酸根 /*CO3*/ 氧同位素组成也与古代气候有着相似的联系。

事实上,已经有研究证明这两者是相关的,并且现代动物体内的同位素比值在化石中能够得到保存。

/*

*/

牙釉质中的微量元素组成也可以反映动物所生存的古代环境。已经有现代动物的实验证明了这一点,并用于古代化石的研究。

/*

*/

#古食谱重建#

牙釉质晶体中碳酸根的碳同位素组成包含了动物膳食的信息,就像有机物中的碳同位素组成反映了动物食谱一样。因为牙釉质中的碳来自血液中的碳酸氢盐 /*HCO3*/ ,它是来自饮食的。

牙釉质的大部分碳酸根都位于晶格之中,因此牙釉质的碳同位素组成收到成岩作用的影响应较小。事实上,已经有古老化石的研究证实了这一点。

/*

*/

但是,情况也不总是如此,我们确实需要独立的标准来判断信号仍然保留在化石中。

牙本质

由于牙本质属于骨骼材料的一种,因此其中包含的信息也与骨骼材料类似。(见之前的章节)

然而,管周牙本质却由于其交互生长的致密的碳酸羟基磷灰石,使得其保存状况好于管间牙本质,这为我们提供了研究矿化组织的可能性。问题在于这些性质能否被用于提取信息,注意管周牙本质位于小管周围仅1-2毫米的厚度。

富含管周牙本质的组份可以从牙冠牙本质中提取出来,

/*


*/

这是利用强氧化剂次氯酸钠 /*NaClO*/ 处理粉末,并超声波清洗。这种联合处理能够分解管间牙本质,并保持管周牙本质的完整。

可以想象,就如骨骼中的情形一样,管周牙本质中也可能包含DNA分子,这能够被用于DNA研究。

另外,还可以利用聚焦离子束剥离技术,选择性剥离管周牙本质,并用质谱仪分析产物。这项技术可以用于分析管周牙本质中的微量元素以及氨基酸组成。

/*

*/

牙骨质

有蹄类动物的牙骨质中有季节性沉积条带,因为它们的膳食在不同季节中差异很大。这在温带气候中非常常见。

Laws最初提出可以利用这些条带来估计动物的年龄。

/*

*/

由于牙骨质是矿化的组织,这一方法也可用颌骨化石的研究,如果牙齿还存在的话。

/*

*/

通常的方法是准备牙齿-颌骨交界处的薄层切片,并在岩相显微镜下用偏振光进行观察。

/*

*/

这并不是一个直接的分析手段。已经有证据表明成岩作用会导致错误的解读。

/*

*/

牙结石







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