古今中外的脊椎動物都有牙齒結(jié)構(gòu)，鯊魚和和其同類的祖先可能是第一個從用于磨碎食物的粗糙結(jié)構(gòu)進(jìn)化成牙齒結(jié)構(gòu)的。這種進(jìn)化在諸多物種中非常常見，它們可以幫助研究者研究各種動物的進(jìn)化過程，所以牙齒和下頜是進(jìn)化生物學(xué)家的一個非常重要的研究對象。

唯一的問題是，化石不能進(jìn)行生物功能測試，因此測試各種牙齒結(jié)構(gòu)的作用是相當(dāng)困難的。但3D打印技術(shù)解決了這個問題。來自馬薩諸塞阿默斯特大學(xué)的研究人員制造了一套3D打印的牙齒，用于測試最早期哺乳動物的下頜能力。通過測試，他們發(fā)現(xiàn)，牙齒捕食的能力比咬力或動物的能量消耗對于進(jìn)化來說是更為重要的原因。

簡而言之，3D打印技術(shù)幫進(jìn)化生物學(xué)研究得出了一個新的結(jié)論。 3D打印牙齒是基于200萬年前吃昆蟲的哺乳動物的牙齒制作的。牙齒形狀與飲食有關(guān)，因此早期哺乳動物進(jìn)化的許多知識源自牙科研究。阿默斯特的研究結(jié)果發(fā)表在最新版的英國皇家學(xué)會雜志。

這一突破是由進(jìn)化生物學(xué)博士生Andrew John Conith和他的主管Elizabeth Dumont在聚合物科學(xué)家Alfred Crosby和研究生Michael Imburgia的幫助下實(shí)現(xiàn)的。 Dumont和Crosby是馬薩諸塞阿默斯特大學(xué)進(jìn)化材料中心的成員。

為了構(gòu)建3D打印的牙齒模型，研究團(tuán)隊(duì)依靠的是兩個最早的哺乳動物物種的牙齒數(shù)據(jù)：原始的Morganucodon物種和更高級的Kuehneotherium物種。這兩種長得像鼩鼱的生物被認(rèn)為是早期哺乳動物進(jìn)化中的典型物種，并且與恐龍一起生活在2億年前的三疊紀(jì)。

他們面臨的是進(jìn)化生物學(xué)中的一個關(guān)鍵問題。 “為什么牙齒會長成這樣呢？大多數(shù)關(guān)于早期哺乳動物牙齒進(jìn)化的研究已經(jīng)描述了它們的外觀，以及怎么發(fā)揮它們的作用，“Conith解釋說， “我們進(jìn)一步地制作工具來測試它們——我們運(yùn)用了兩種現(xiàn)代技術(shù)，讓3D打印牙齒“咬”聚合物凝膠與它外骨骼般的外殼（為了準(zhǔn)確模仿昆蟲）?！?/span>

正如這些實(shí)驗(yàn)所體現(xiàn)的，嚼碎食物是至關(guān)重要的。 “我們認(rèn)為自然選擇的條件是分裂食物的能力，而嚼碎的程度決定于牙齒的形狀，”Conith說。

雖然大多數(shù)研究到目前為止都集中在狩獵期間的力量和能量使用方面。 “但我認(rèn)為人們需要重新看待這些典型的參數(shù)。這是一個關(guān)鍵點(diǎn)。我們沒有完全推翻以前的觀點(diǎn)，我們只是新增了一個可能性?！彼a(bǔ)充說。

為了得出實(shí)際結(jié)論，研究人員構(gòu)造了兩個模擬昆蟲的矩形：一個殼硬，一個的殼軟；以及Morganucodon和Kuehneotherium臼齒形狀模型進(jìn)行了十個實(shí)驗(yàn)。將 3D打印牙齒接在力測試機(jī)上，研究人員測量了對“昆蟲”使用的力和能量（和損傷，通過分析外骨骼中的裂縫來測量損傷）。

事實(shí)證明，較原始的Morganucodon模型使用較少的力和能量就能破壞硬殼 ； 而Kuehneotherium牙齒更容易破壞軟殼。 “更重要的是，Kuehneotherium對硬和軟凝膠造成的傷害都比Morganucodon多。這些結(jié)果表明，一些早期哺乳動物牙齒形狀的變化主要是由于它們選擇最大化損傷，其次是才是最大化生物力學(xué)參數(shù)，如力或能量?！癈onith解釋，“ 在作科學(xué)的學(xué)問時，雖然你的想法可能正確，但是要證明你的想法相當(dāng)復(fù)雜?！?/span>

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