Ученые выяснили, как форма зубов влияет на эффективность разрезания пищи
Исследователи из Бристольского университета с помощью гильотинных экспериментов и компьютерного моделирования изучили, какие формы зубов наиболее эффективны для разрезания пищи. Результаты, опубликованные в Journal of the Royal Society Interface, показывают, насколько точно форма зубов животного оптимизирована под тип его пищи.
В природе существует огромное разнообразие форм зубов: от длинных зазубренных зубов Tyrannosaurus rex до треугольных зубов акул и наших сложных моляров. Однако режущие инструменты не ограничиваются зубами: клювы птиц, ротовые аппараты насекомых и даже шершавый язык улиток также служат для измельчения пищи.
Несмотря на это разнообразие, мало что известно о том, как именно зубы режут и ломают пищу. Доктора Филип Андерсон и Эмили Рэйфилд подошли к проблеме, объединив физические эксперименты и компьютерное моделирование.
С помощью уникальной двухлезвийной гильотины ученые измерили силу, необходимую разным формам зубов для сжатия пищевых материалов. Затем метод Finite Element Analysis (FEA) использовали для имитации этих экспериментов и измерения различных переменных, например, общей затраченной энергии.
Ключевые выводы:
- Твердость и вязкость пищи сильно влияют на то, какая форма зуба наиболее эффективна для ее разрезания.
- Исследование было сосредоточено на V-образных режущих кромках, похожих на зубы некоторых акул и хищных млекопитающих.
- Оказалось, что угол V-образной формы можно оптимизировать под разные типы пищи.
Доктор Андерсон отметил: «Такой анализ стал возможен только благодаря созданию компьютерной модели, имитирующей физические эксперименты. С ее помощью мы смогли изменять параметры формы зуба, пока не нашли конкретную форму, требующую наименьших затрат энергии».
«Результаты могут показаться очевидными, — сказала Эмили Рэйфилд, — ведь мы знаем, что форма зубов адаптирована к диете. Но мы были удивлены точностью и предсказуемостью соответствия формы зуба пищевому объекту».
Новая интегрированная методология, основанная на экспериментах и компьютерном моделировании, может создать основу для изучения эволюционной истории формы зубов и ее связи с рационом питания.