科学者たちは、コモドドラゴンの歯に信じられないほど硬い鉄の鎧が組み込まれていることを発見しました。

制作：中国科学普及協会

著者: 蘇成宇 (ポピュラーサイエンスクリエイター)

プロデューサー: 中国科学博覧会

編集者注：生命科学の最新の謎を解くために、中国科学普及の最先端技術プロジェクトは「生命の新知識」と題する一連の記事を立ち上げ、独自の視点から生命現象を解釈し、生物学の謎を明らかにしました。人生の世界を探求し、無限の可能性を探求しましょう。

ドラゴンの歯は強さ、保護、粘り強さ、神秘性を象徴しています。ギリシャ神話では、イアソンがドラゴンの歯を地面に植えると、そのドラゴンの歯が武装した戦士に変化しました。ファンタジー小説では、ドラゴンの歯は強力な魔法の武器を作るのに使われます。ゲームでは、ドラゴンの歯は強力なポーションや魔法のアイテムを作るための材料として使われます...

それはファンタジーの世界だけではなく、現実の世界にも「存在する」のです。対戦車障害物の一つは「ドラゴンズ・トゥース」と呼ばれ、敵の戦車や装甲車を阻止するために設計された頑丈なコンクリート構造物です。

対戦車障害物「ドラゴンズトゥース」

(画像出典: Wikipedia)

他のドラゴンの歯が硬いかどうかは分かりません。結局のところ、東洋のドラゴン（竜）も西洋のドラゴン（恐竜は別問題）も現実世界では見つかりません。しかし、コモドドラゴンと呼ばれる種類の「ドラゴン」が存在し、その歯が本当に硬いのは、歯の中に「異常なもの」が入っているからであることが科学的に確認されています。

コモドドラゴン

（画像出典：ブリタニカ）

巨大なトカゲであるコモドドラゴンはインドネシアのコモド島に生息しています。専門的にはコモドドラゴン（Varanus komodoensis）として知られています。これは地球上で最大のトカゲであり（オスのコモドドラゴンは体長が3メートルに達する）、その巨大な体格と恐ろしい狩りのスキルで知られています。その名前には長い歴史があります。 1912年、最初のオランダ探検隊がインドネシアのこの小さな島に上陸し、数匹の「怪物」を射殺して持ち帰り、コモドドラゴンと名付けました。

コモドドラゴンの頭蓋骨

(画像出典: Wikipedia)

これまでの研究でコモドドラゴンは有毒であることが示されており、頭蓋骨のMRIスキャンでは下顎に2つの毒腺があることが示されている。しかし、その牙について知っている人はほとんどいません。アーロン・ルブラン氏と彼の研究チームは、さまざまな自然史博物館や動物園からコモドドラゴンの歯のサンプルを収集しました。サンプルには液体に保存された骨標本や歯が含まれていました。科学者たちは、歯の縁が鋸歯状になっているだけでなく、特徴的なオレンジ色のコーティングで覆われていることを発見した。

コモドドラゴンの歯。縁に鋸歯がある

（画像出典：参考1）

このオレンジ色は機能している歯だけでなく入れ歯にも現れており、オレンジ色は食事による着色の結果ではないことを示しています。

オレンジコーティング

（画像出典：参考1）

機能歯とは、現在使用されており、実際の機能を果たしている歯を指します。置換歯は、まだ機能する歯を置き換えていない置換歯です。コモドドラゴンの場合、新しい歯は通常、古い歯の根元または側面から成長し始めます。新しい歯が成長するにつれて、古い歯を押しのけて、最終的に新しい歯の位置を占めるようになります。このプロセスにより、コモドドラゴンは常に完全に機能する歯を持つことができます。

歯にもオレンジ色のコーティングが施されている

（画像出典：参考1）

次に、研究チームは走査型電子顕微鏡（SEM）とエネルギー分散型分光法（EDS）を使用して歯のサンプルの詳細な分析を実施しました。彼らはサンプルを樹脂で固定し、真空状態で処理しました。サンプルは顕微鏡で観察しやすいように薄く切られました。 SEM 画像では、歯の表面に約 1 ～ 2 ミクロンの厚さの鉄分を多く含む明るいコーティングがはっきりと確認されました。

電子顕微鏡で見た歯冠の最上層のオレンジ色のコーティングの厚さ

（画像出典：参考1）

歯のコーティングの組成をより正確に判定するために、研究チームはシンクロトロンX線微小蛍光分光法（S-µXRF）と微小回折法（S-µXRD）の技術を使用しました。これらの技術により、歯のコーティングに含まれる鉄が主に六水和酸化鉄の形をしていることが確認されました。この化合物は、木を齧るビーバーの大きなオレンジ色の切歯など、一部のげっ歯類の歯の被膜にも見つかっている。

ビーバーの大きなオレンジ色の歯

（写真提供：マギル大学）

最後に、これらの鉄コーティングの硬度を測定するために、科学者たちはナノインデンテーションテストを実施し、歯のさまざまな部分の硬度と弾性率を測定した。

ナノインデンテーション試験では、オレンジ色のコーティング領域の平均硬度は6.8 ± 0.3 GPa（ギガパスカル）、弾性率は110 ± 5 GPaと測定されました。コーティングなしのエナメル質部分の平均硬度は6.0±0.2 GPa、弾性率は100±4 GPaと測定されました。結果は、オレンジ色の金属コーティングの存在により歯の硬度と剛性が高まり、コモドドラゴンが狩りをしたり獲物を引き裂いたりする際に有利になることを示した。

人間を例にとると、これまでの研究によれば、人間のエナメル質の平均硬度は4.5±0.5GPa 、平均弾性率は100±10GPaである。金属コーティングにより、少なくとも硬度の点では大幅に強化されたことがわかります。

水酸化鉄コーティングが歯の硬度を高めるのはなぜですか?

これまでの SEM および EDS 分析によると、コーティング内の水酸化鉄は均一に分散しており、エナメル質にしっかりと結合しています。これは、水酸化鉄が歯の表面に沈着すると、これらの粒子とエナメル質の間に強力な界面結合が形成されることを示唆しています。この界面結合により、化学結合と物理的挿入を通じてコーティングと歯のマトリックスの接着が強化され、全体的な機械的強度が向上します。

他のトカゲの歯にもオレンジ色の鉄の被膜があるのでしょうか?

科学者たちは、絶滅した古代のオオトカゲを含む、数種のオオトカゲ（Varanus）とトカゲ（Heloderma）の歯を調査した。下の画像は、さまざまなオオトカゲ種間の進化的関係を示す系統樹で、各オオトカゲとトカゲの歯の写真が添付されています。赤い枝は、歯の縁に明らかかつ持続的な色素沈着がある種を表します。黒い枝は明らかな色素を持たない種を表します。青い枝は、歯に時折または不規則に色素が付着している種を表します。オレンジ色の枝は、化石化により色素レベルが不明な種を表しています。

（画像出典：参考1）

このことから、トカゲの歯はかなり異なっているが、一般的に鋸歯状の構造をしていることがわかります。

同じく大型爬虫類であるワニはどうでしょうか?アーロン・ローブは実験を行う前にこのことを考えました。アーロンさんは動物園から数種類のワニの抜けた歯を入手し、またカナダのアルバータ州にある州立恐竜公園から白亜紀後期のワニの歯の化石も入手した。

ワニの歯の分析

（画像出典：参考1）

ワニの歯の結果はコモドドラゴンの場合と全く同じではありませんでした。同じ点は、ワニの歯のサンプルも鉄分を豊富に含む特性を示していることです。違いは、このコーティングが歯の表面に均一に分布しておらず、コーティングの厚さがコモドドラゴンほど良くないことです。さらにLA-ICP-MS分析を行ったところ、ワニの歯の象牙質では鉄とカルシウムの濃度が増加していることが明らかになりましたが、外側のエナメル質では鉄濃度の有意な増加は観察されませんでした。

ワニの歯の化石サンプル（上図のqとr）では、象牙質のカルシウムと鉄の信号が著しく増強されていましたが、エナメル質には顕著な鉄のコーティングは見つかりませんでした。これは化石化の過程でこれらの特徴が隠されたためかもしれないが、断言するのは難しい。全体的に、どちらも大型爬虫類であり、どちらもかなり丈夫ですが、鉄分を豊富に含む被膜の構造と化学組成には大きな違いがあります。

恐竜はどうですか？

科学者がティラノサウルスやドロマエオサウルスの歯も発見したとは思わなかったでしょう。歯の微細構造を観察したところ、ティラノサウルスの歯の鋸歯状の縁には顕著な鉄の沈着は見られなかったことが明らかになった。鉄は主に歯の内部の象牙質領域に集中していましたが、その信号はあまり明白ではありませんでした。さらに、ティラノサウルスのエナメル質は波状になっており、複雑な微小亀裂経路による亀裂の伝播を防ぎ、歯の耐久性を高めていると考えられます。

ティラノサウルスとドロマエオサウルスの歯には明らかな鋸歯が見られる

（画像出典：参考1）

ドロマエオサウルスの歯の鋸歯状の縁にも内部にも、顕著な鉄の信号は検出されませんでした。さらに、ドロマエオサウルスの歯のエナメル質は比較的単純で、ほとんどが平行な結晶エナメル質であり、ティラノサウルスの歯の波状エナメル質よりも単純な構造になっています。

ティラノサウルスやドロマエオサウルスの歯には目立った鉄の沈着物は見つからず、コモドドラゴンの歯の鉄の被膜とは全く対照的だった。化石化の過程でこれらの信号が不明瞭になったか、あるいはこれらの恐竜の歯にはこれらの適応がなかっただけかもしれません。

鉄の被膜は発見されなかったが、検査によると、ティラノサウルスのエナメル質と象牙質は、コモドドラゴンやミシシッピワニの対応する部分よりも2倍硬いという。これは化石化の影響かもしれないので、生きた恐竜の歯がどれくらい硬いのかは分かりません。しかし、それは確かに硬いです、少なくとも人間のものよりは硬いです、結局のところ、そこには微細構造があります。

ドラゴンの歯、本当に硬いことがわかりました！まさに頂点捕食者と呼ぶにふさわしい！

参考文献:

1.LeBlanc ARH、Morrell AP、Sirovica S、et al.鉄で覆われたコモドドラゴンの歯と肉食爬虫類の複雑な歯のエナメル質[J]。ネイチャーエコロジー＆エボリューション、2024：1-12。