原始脊椎动物用锋利的牙齿统治着生物圈，但现代人却被口腔问题所困扰。我们的牙齿怎么了？

1. 拔掉智齿

我坐在牙科医院的大厅里等着女儿，现场让我想起了工厂的装配线 -- 一个接一个的病人，等着拔掉第三颗磨牙（俗称智齿）。离开时，他们头上戴着绷带，面颊上有冰袋，手上拿着抗生素和止痛药的处方，手术后的家庭护理预印指南，还有一件礼物 T 恤。

对许多年轻人来说，拔掉智齿就像一种成人仪式。然而，从我的职业角度来看，这种 "习俗" 是错误的。我是一名牙科人类学家和古生物学家。在过去的 30 多年里，我一直在研究现代人、人类祖先和其他脊椎动物的牙齿。与现代人不同，大多数脊椎动物不存在牙列不均匀或龋齿等牙科疾病。人类祖先也很少患牙周病或智齿阻塞。

事实上，现代牙齿处于一种非常矛盾的状态：牙齿是我们身体中最坚硬的部分，也是极其脆弱的部分；牙齿化石可以保存数百万年，但我们的牙齿不能伴随我们一生；牙齿赋予我们祖先在生物圈中的主导地位，但现代牙齿需要小心照顾。这种矛盾基本上是在工业时代，只有在现代人。对此最好的解释是，我们的牙齿和下颌的进化与食物密切相关，而古代饮食与现代饮食不同。古生物学家早就知道我们的牙齿有着悠久的进化历史。现在，临床研究人员和牙医开始关注这个问题。

二。漫长的进化史

进化生物学家常常对人眼的复杂性感到惊讶，认为它是一种 "神奇的设计"。但对我来说，人类牙齿的结构远比眼睛更精致。建造牙齿的基本物质实际上与食物所含的相同。人们在他们的生活中咀嚼数百万次，在这个过程中，我们的牙齿可以咬食物而不受伤害。牙齿具有非凡的硬度和韧性，可以避免裂纹的发生和扩散。这是由于外层和内部的完美结合：牙齿的外层是上釉的，几乎完全由磷酸钙组成，非常坚硬；牙齿含有有机纤维，使牙齿足够坚硬。工程师们常常从牙齿的结构中得到很多灵感。

但牙齿真正的神奇之处在于它们的微观结构。我们都知道竹竿很容易折断，但是竹棍是很坚固的。釉中的微晶就像这些竹条。它们都是细长的柱子，每一根都比人的头发厚 1 /1000。当许多微晶被绑在一起时，它们形成一个棒状的釉柱。不计其数的釉柱平行排列，形成釉。据计算，每平方毫米有数万根釉柱，几乎垂直于牙本质，扭曲、弯曲或交织在一起。正是这种细腻的显微结构赋予了牙齿持久的力量。

这种设计并不是突如其来的。牙齿已经进化了数亿年。近年来，古生物学、基因组学和发育生物学的新研究帮助科学家恢复了牙齿结构的进化。

5 亿多年前的寒武纪时期，地球上出现了最早的脊椎动物 -- 无颚物种。这些最原始的鱼类没有牙齿，但它们的后代很多都长着甲虫和鳞片状的尾巴。科学家在它们的颌骨周围发现了牙齿一样的鳞片：每个都分为内外两部分，有时还覆盖着一层坚硬的矿物层，在它的内部是一个有血管和神经的牙髓腔。一些原始鱼类的嘴边缘还长有小鳞片，有些还长有倒置的刺，这可能有助于它们捕食。 许多古生物学家认为，经过自然选择，这些鳞片最终进化成牙齿。 同时，鲨鱼盾鳞的结构与今天的牙齿结构非常相似，我们称之为牙元（齿突）结构。

第一颗真正的牙齿出现在颌骨上，后来又出现了。这些牙齿相对简单，大部分看起来像锋利的荆棘，这样这些鱼就可以咬猎物，甚至通过刮、撬、夹和其他方式捕食其他生物。例如，一种原始性的颌骨类动物，以鳍前的硬刺命名，与鲨鱼的祖先有关，在志留纪时期的 4.3 亿年前发育出牙齿。然而，它们不会失去或改变牙齿，牙齿缺乏高度矿化的表面。有些刺鱼的嘴唇和脸颊上有鳞片，在嘴唇附近，这些鳞片逐渐过渡到牙齿，这也有力地证明了鳞片与牙齿是同源的。虽然牙齿是原始的，但它们也是一个巨大的生存优势，最终，有牙齿的群体比没有牙齿的群体要好。

牙齿一旦就位，就会发生进一步的变化，例如牙齿的形状、数量、分布、替换方式，以及它们与下颌的连接方式。在距今约 4.15 亿年前的志留纪 - 泥盆纪边界，玻璃层首先出现在肉质鳍鱼（Sarcopterygians) 中。肉质鳍鱼是一种硬骨鱼，进化为芬兰人，由骨骼和肌肉支撑。目前，它们被认为是现代四足类（如两栖类、爬行动物和哺乳动物等）的祖先。上光层最初只分布在鱼翅鱼鳞板上，然后从这一表皮结构跃出口腔，在牙齿的外层形成牙釉质。其他在同一时期的鱼缺乏釉层和编码釉形成所需蛋白质的基因。

牙齿在哺乳动物的起源和早期进化中起着非常重要的作用，它们可以帮助维持维持恒定温度所需的新陈代谢。哺乳动物保持体温的能力有许多优点，例如能够在温度波动较大或气候寒冷的地区生存，保持较高的移动速度以占领更大的领土，并有更多的能量来喂养、避免猎人和照顾幼崽。然而，维持体温的能力也要付出代价。在安静的状态下，哺乳动物消耗的能量是同体型爬行动物的 10 倍以上（无法调节体温）。为了补充能量，自然选择的压力反映在牙齿上。其他脊椎动物只需要用牙齿捕捉和杀死猎物，而哺乳动物则需要从每餐中获得更多的卡路里。为了做到这一点，他们必须充分咀嚼自己的食物。

哺乳动物的牙齿控制着咀嚼的过程。通过施加压力，牙齿会抓住食物并将其折断。为了充分发挥咀嚼的作用，牙齿咬合需要精确到毫米级。为了便于咀嚼，早期哺乳动物失去了换牙的能力。这也解释了为什么大多数哺乳动物，与鱼类和爬行动物不同，即使旧牙齿被擦亮或损坏，也不会继续长出新的牙齿。

釉柱也是咀嚼的特征之一。大多数研究表明，釉柱的进化是为了增强咀嚼牙齿的强度。哺乳动物牙齿的基本结构 -- 由一层釉柱包裹的牙冠 -- 早在三叠纪就出现了。哺乳动物（包括人类）的磨牙看起来形状不同，但它们都是同一模板的微调。

3. 口腔菌群和龋齿

牙齿进化的历史不仅解释了为什么牙齿如此坚韧，也解释了为什么现代牙齿有缺陷。简单地说，牙齿的这种结构是为了适应特定的环境条件，包括压力、可能的磨损、以及口腔中的某些化学物质和细菌。这会导致口腔环境的任何变化，会对无防御能力的牙齿造成损害。这是由现代人的饮食造成的，这与过去地球上所有的生物不同。我们的生理结构不适应我们的行为，导致现代人患上龋齿、智齿和其他牙齿和颌骨问题。

全世界数十亿人患有牙科相关疾病。然而，在过去 30 年里，我研究了数以百计的牙齿化石和活动物的牙齿，但几乎没有发现牙科疾病的迹象。

要了解现代人的牙齿为什么如此容易生病，我们需要参考自然状态下的口腔环境。一个健康的口腔里有几十亿个微生物，有 700 多种细菌。这些细菌大多是有益的，可以抗病，帮助消化，调节身体机能。但是有些细菌对牙齿有害，像变形链球菌（Streptococcusmutans）和乳酸杆菌（Lactobacillus），它们代谢的乳酸会破坏牙釉质。 通常情况下，这些细菌在口腔中的密度很低，不足以对牙齿造成永久性伤害。 它们的数量会受到链球菌（链球菌）和血链球菌等有益细菌的限制。这些细菌产生碱性物质和抗菌蛋白，从而抑制有害细菌的生长。 此外，唾液还能缓冲乳酸的侵袭，并将你的牙齿包裹在钙和磷酸盐中，帮助其表面再矿化。 在过去的几十亿年里，牙齿保持着这种破坏和修复的平衡。

这种平衡一旦被打破，就会诱发龋齿。例如，富含碳水化合物的饮食会助长产酸细菌的增殖，导致口腔的酸碱度降低。在这种酸性环境中，变形链球菌等有害细菌会更加猖獗，同时也会限制有益细菌的生存，从而进一步降低环境的酸碱度。这一系列过程被临床研究者称为 "菌群失调"（dysbiosis），即口腔菌群的稳态被打破，有害细菌占据口腔微生物群的主导地位。 这时，唾液修复釉面的速度跟不上其损伤的速度，就形成了龋齿。普通糖尤其容易出现这种麻烦。 使用蔗糖，有害细菌可形成一层厚厚的牙菌斑，牢牢附着在牙齿上。 即使没有食物来源，牙菌斑中储存的能量也足够它们消耗，这意味着牙齿会更永久地暴露在酸的侵袭中。

没有人想让蹒跚学步的孩子吃太硬的食物，但我们或许能找到比豌豆泥更适合他们断奶的食物。近年来，一个新的产业诞生了，致力于帮助儿童打开气道，促进颌骨的正常发育，并帮助牙齿自然地排列。我们有一系列有效的治疗口腔问题的方法，但如果像我们的祖先一样，我们可以用咀嚼强度更大的食物喂养我们的孩子，很多人可能能够避免这些食物。

早在 1920 年，澳大利亚著名的正畸医生蒂克·贝格就注意到牙齿和下巴之间的不匹配。他发现，澳大利亚的土著人，他们生活在传统的方式，有更高水平的牙齿磨损比牙齿病人的欧洲血统。然而，这些土著人的牙弓形状是完美的，他们的前牙非常整齐，智齿能够正常发芽和发挥作用。伯格认为，在自然状态下，相邻牙齿之间的磨损会给口腔留出更多的空间。他认为下巴的长度是随着它的发展而设计的。我们的牙齿最初是用来磨硬食物的，但现代软而精致的食物打破了牙齿大小和下巴长度之间的平衡。

基于这一假设，Berg 发明了一套矫正牙齿的方法，这一直被业界视为 "金本位"。这种方法要求去除前磨牙（犬牙和磨牙之间），以腾出空间让剩下的牙齿用金属丝包裹起来，以达到伸展牙弓和使牙空隙消失的效果。在贝格想出这个方法之前，其他正畸医生曾试图用金属丝矫正扭曲的牙齿，但他们没有拔除前磨牙，导致本应矫正的牙齿发生更大的变形。Berg 的方法已经被证明是有效的，可以使病人的余生受益。贝格甚至建议孩子们嚼含碳化硅颗粒的口香糖，以便将来不需要做正畸手术。

伯格关于牙齿和下巴之间不匹配的看法是对的，但他错了一些细节。美国南伊利诺伊大学人类学家罗布·科鲁奇尼（Rob Coruccini) 在他的研究中指出，牙弓形状的关键不是牙齿的磨损，而是吃东西时对下颌的压力。问题不是现代牙齿没有磨损，而是下颌太小。

早在 1871 年，查尔斯达尔文（查尔斯达尔文）在 "人的起源"(The DescentofMan) 一书中提出，下巴的大小与压力有关。但科鲁奇尼第一次提供了确凿的证据。他刚开始在南伊利诺伊大学任教，附近肯塔基州农村的一名学生告诉他，那里的老人过去不得不吃嚼食，但现在年轻人可以吃精制食品了。进一步的研究表明，虽然很少有专业的牙科护理，但老年居民的牙齿咬合情况要好于年轻人。Coruccini 解释了食物硬度的差异。随后，科鲁奇尼寻找了其他一些研究样本，其中包括亚利桑那州的皮马皮马（Pima)，他还没有从商店买到食物；在印度昌迪加尔，农村人吃粗糙的小米和硬质蔬菜，而城市居民则吃软面包和豆泥，作为比较。

科鲁奇尼解释说：" 在自然条件下，婴儿咀嚼食物，对下巴施加压力，让它生长，最后的牙齿应该适合下巴。当颌骨在发育过程中得不到应有的刺激时，前方的牙齿就会变得拥挤，导致后牙阻塞。他对猴子的实验也证明了这样的理论：喂食的食物越软，下巴越小，牙齿就更有可能被刺穿。

考古学家们一直认为，在大约一万年前的新石器时代，人们的生活方式从收藏到农业的转变与龋齿的出现有联系。这是因为小麦、大米和玉米富含碳水化合物，可用于发酵，满足产酸细菌的需要。例如，俄亥俄州立大学克拉克·拉森（ClarkLarsen) 的研究小组发现，在佐治亚州沿海广泛种植玉米之后，人类遗骸中龋齿的发病率增加了五倍多。当然，牙科疾病的流行与农业之间的关系并不那么简单。在不同的时期和地区，早期农民龋病的患病率差异很大。如果一些采猎者经常吃蜂蜜，他们的牙齿也会被龋齿覆盖。

真正的龋齿率是在工业革命时期出现的。我们的食物加工得更精细，而且人们在餐桌上广泛发现糖。加工过的食物通常比较柔软，咀嚼过程更少，不能把牙齿上的小凹陷或间隙弄平，为牙菌斑提供良好的生存空间。

不幸的是，由于牙齿的特殊发育，我们的釉不能长得像皮肤和骨头。这种限制自肉质鳍鱼的鳞片出现以来就一直存在。在釉质形成过程中，成釉细胞（成釉细胞）从牙齿内部迁移到牙齿表面，迁移的痕迹形成釉柱。我们的釉不能生长的原因是这些成釉细胞在皇冠完全发育后消失了。而成牙本质细胞的迁移方向与成釉细胞的迁移方向完全相反，成牙本质细胞向内移动，最终到达牙髓腔。在一个人的生命过程中，这些成牙本质细胞可以继续产生牙本质，从而修复和替换磨损或受伤的组织。如果牙本质受损更严重，新鲜细胞形成牙本质层，以保护牙髓腔不受伤害。

然而，龋齿可以突破牙髓洞的自然保护感染，最终使牙齿完全破碎。与过去漫长的生命进化相比，工业革命后的几个世纪都像白驹一样短，这根本不足以使我们的牙齿适应今天的高糖和精致的饮食。

4. 下巴压力不足

如今，正畸也已成为一种普遍的需求。大约 90% 的人至少有轻微的牙齿失调或失调，其中 3 / 4 的人有智齿无法正常发芽。简单地说，这是因为我们的牙齿和下颌不匹配。根本原因与龋病一样，这是现代人类破坏口腔环境平衡的新饮食内容。

5.根治口腔疾病

从进化的角度来看，人类生态的转变已导致我们的牙科疾病。这一新的观点有助于研究者和临床医生从根本上解决口腔问题。目前的处理将封冠，用氟化物修复或强化釉，但这些措施不能从根本上调节植物区系。一些杀菌漱口水确实杀死了导致龋齿的细菌，但它也杀死了我们进化来对付有害细菌的有益细菌。受最近微生物治疗的启发，研究人员开始尝试改变牙菌斑的环境。我们即将引进新的治疗方法，如口服益生菌、靶向抗生素和微生物移植。

在正畸治疗方案中，我们也应该考虑自然条件下的口腔环境。牙医和正畸师开始意识到，精制婴儿食品会改变婴儿面部和颌骨的应力分布。咀嚼引起的压力可以刺激儿童颌骨和中面部骨骼的正常发育，而给儿童喂食糊状婴儿食物会导致这些部位长期发育不足。在某些情况下，这一问题比牙列问题更严重：一些专家认为，咀嚼会导致气道狭窄，并可能导致睡眠呼吸暂停综合症。