47 颗牙齿「年轮」，怀孕、患病、坐牢史的忠实档案！或将重塑人类生活史演化研究

牙齿就像年轮，是人类永久、忠实的生物档案。

当地时间 2020 年 3 月 25 日，自然出版集团旗下刊物《科学报告》（Scientific Reports）在线发表了纽约大学灵长类动物学系、人类学系、牙医学院分子病理学系和生物材料系的一组研究人员题为 Parturitions, menopause and other physiological stressors are recorded in dental cementum microstructure（牙骨质微结构反映的分娩、绝经等生理应激源）的论文。

雷锋网了解到，研究人员通过检测近 50 颗人类牙齿，发现疾病史和年龄等信息会对牙根上的“牙骨质带”产生永久性改变，这说明牙齿能反映人一生的不同生理阶段，或能用于研究人类生活史的演化。

牙齿：人类生活史演变的研究工具

人类生活史正在经历不寻常的演变，不同于原始人，现代人的一些生活史特征发生了改变，甚至出现了新的特征。

对此，研究人员已经提出了许多理论进行解释。然而，由于古人类化石记录较为零碎，可检测、推断现代生活史事件时间的方法也较为缺乏，大多数理论都难以检验。

不过，早在几十年前，科学家就在人体内找到了一个最合适的研究工具—— 牙齿 。

牙齿由增量组织（incremental tissues）形成，包括骨、釉质、牙本质和牙骨质在内的矿化组织保留了与重复生理周期相关的增量结构，这其实就有点像树木的年轮了。

在生态学中，有一门学科叫做「树木年代学」，即一门以树木年轮生长特性为依据，研究环境对年轮生长影响的一门学科，在世界上很多国家已经成为极为重要的定年方法，在气候与环境研究中也受到愈来愈广泛的重视。

那么，类比树木年代学，牙齿是不是也可以用来探究人类生活史呢？

答案是“可以”——影响正常基质形成的生理应激源使得牙齿组织中出现异常生长线，而这些“异常”恰恰与诸如出生、断奶、营养不良、疾病、气候和生活方式改变等事件相关，因此也是研究人员的重要线索。

不难发现，人类的牙齿承载着许多重要信息（比如牙齿发育的模式、速度及某些人类生活史数据），牙齿不仅关乎口腔医学，也是阐述人类起源和演化的重要研究手段，而且目前关于人类生活史演变的大部分知识也都是来自科学家对牙齿遗骸的研究。

雷锋网 (公众号：雷锋网) 了解到，在研究过程中，研究人员用到了 组织学方法 。

所谓组织学，是指研究正常人体微细结构及其相关功能的学科，属于医学科学中解剖学的一个分支。通俗来讲，组织学就是借助显微镜观察人体结构。

随着组织学技术的进步，2 个具体研究分支——牙齿年代学和骨骼年代学（分别研究牙齿和骨骼中的生长层）也应运而生、迅速发展。

从牙釉质、牙本质到牙骨质

论文指出，在利用牙齿进行的人类学研究中，最为重要的两个研究切入点便是牙釉质和牙本质：

• 牙釉质：也叫珐琅质，是人体骨质中最坚硬的部分，包绕在牙冠表面，呈乳白色；

• 牙本质：构成牙齿的主体的硬组织，颜色淡黄，大约含 30% 的有机物和水，70% 无机物，硬度低于牙釉质。

但问题在于，上述二者的分泌在牙齿形成时便停止。因此，虽然它们对于推断断奶年龄和妊娠期是有用的，但并不能用于研究之后的生活史事件。

因此，目前我们要想知道人类断奶后的生活史事件的具体发生时间，都是基于已被证明影响生活史或与其相关的信息（例如体重和脑的大小）。

也就是说， 没有直接可行的方法能从矿化组织推断生殖事件（RE）年龄及生殖后寿命（PRLS）的长度 。

基于这一考虑，纽约大学研究团队转向了对牙骨质的分析——牙骨质在正常情况下只是逐渐增加，不发生吸收现象，添加的方式也是成层沉积，所以为层板样结构。

下图从左至右为整个牙齿的截面，图 A 红框部分的放大版本，图 B 红框部分的放大版本。在图 C 中，左边是牙本质，被牙骨质覆盖，图 C 可见三个不同的牙骨质带。

对 47 颗牙齿进行组织形态学分析

研究团队作出假设：

1. 牙骨质微结构记录了生理应激事件：生物体矿物质体内平衡的变化决定了牙骨质微观结构的变化，当用偏振光显微镜研究时，可以通过材料双折射的变化来检测牙骨质微观结构的变化；

2. 牙齿携带了与应激源相关的相同组织形态信号：由于脱细胞外纤维牙骨质（覆盖釉质的牙骨质）的分泌速率在整个生命期间大致恒定，因此通过建立总牙骨质厚度与连续带厚度间的比例关系，对组织形成期间发生的显著生理事件计时是可行的。

具体而言，研究人员对 15 个个体的 47 颗牙齿进行了组织形态学分析，旨在通过对牙骨质的分析鉴定人类牙骨质中的分娩、生育力停止和其他生理应激的标记物，并推断压力事件（如 RE、绝经和 PRLS）的个体年龄。

与此同时，研究团队提到了一个概念「应激源」（stressor），即向机体提出适应要求，并可引起应对反应、稳态失衡的客观变化的环境事件或情境，简单来讲就是刺激物。

经检验，研究人员发现，所有经历过分娩和绝经的女性的牙齿都留下了相关事件的“痕迹”。此外，包括患系统疾病、有过监禁经历在内的其他压力事件也是可以通过牙齿检测到的。

同时，生理应激源（如妊娠、绝经、坐牢、疾病、搬家等）的已知年龄和推断年龄之间有很强的正相关（R 平方 = 0.92；p < 0.05）。

下图是通过各自的 4 颗牙齿对 2 个个体在经历相关事件时的预测年龄。左右图中的 2 条黑色虚线分别代表 M15-02 的两次分娩和 M38-09 的搬家和坐牢经历。

不难看出，同一个体的不同牙齿反映出的经历相关事件的年龄趋于一致，这也就是说，通过牙齿来判定个体的压力事件发生时间，是一种可靠的衡量方式。正如论文第一作者所说：

这些“年轮”是一个人的生理压力时间的忠实档案，从怀孕、疾病到坐牢都留下了独特的永久印记。

参考资料：

https://www.nature.com/articles/s41598-020-62177-7

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