Das Geheimnis starker Biberzähne

21.02.2015

Das beängstigende Geräusch eines Bohrers ist fast jedem bekannt. Im Gegensatz zu Haien, deren Zähne sich während ihres gesamten Fischlebens erneuern, verändern sie sich bei Menschen und den meisten Säugetieren nur einmal – von Milch zu Backenzähnen. Obwohl hier bei Nagetieren die Zähne ihr ganzes Leben lang wachsen. Denn, so abgedroschen es auch klingen mag, Nagetiere nagen, weshalb sie gleichmäßig mit den Zähnen knirschen. Damit diese Tiere nicht ohne das wichtigste Lebenswerkzeug bleiben, hat ihnen die Natur einen Mechanismus für das ständige Zahnwachstum gegeben, der den Abrieb kompensiert. Aber was ist mit denen, die ein Leben lang Zähne bekommen? Forscher des Department of Materials Science and Engineering der Northwestern University haben herausgefunden, welche Elemente die Haltbarkeit des Zahnschmelzes erhöhen und herausgefunden, warum Biber Bäume wie eine Kettensäge fällen können.

Der Zahnschmelz ist das härteste Gewebe unseres Körpers. Es basiert auf dünnen langen Fäden aus Hydroxyapatit. Die Dicke eines solchen Fadens beträgt nur 50 Nanometer, und die Länge ist tausendmal größer. Zur Verdeutlichung: Wenn die Höhe einer Birke tausendmal größer wäre als der Stammdurchmesser, dann hätte der Baum eine Höhe von etwa einem Kilometer. Tausende solcher Fäden sind zu Bündeln zusammengefasst, aber immer noch sehr dünn – zwanzigmal dünner als ein Haar. Diese Bündel sind in einer bestimmten Richtung angeordnet und bilden eine Art verstärkenden Rahmen aus Zahnschmelz, und der Raum zwischen ihnen ist mit kristallinem Hydroxyapatit gefüllt.

Hydroxylapatit ist ein Mineral, das Calciumionen, Phosphat- und Hydroxylionen enthält. Und obwohl Zahnschmelz fast ausschließlich auf mineralischer Basis besteht, können selbst sehr kleine Mengen anderer Ionen seine Eigenschaften stark verändern. Wenn zum Beispiel ein Teil des Kalziums, auch der kleinste, durch Magnesiumionen ersetzt wird, wird der Zahnschmelz anfälliger für die Einwirkung von Säuren. Einfach gesagt, es löst sich schneller auf. Der gleiche Effekt wird durch den Ersatz von Phosphationen durch Carbonat verursacht. Aber wenn Fluorionen durch Phosphationen ersetzt werden, verbessert der Zahnschmelz seine Eigenschaften spürbar. Deshalb enthält Zahnpasta Fluorid.

Woher kommt die Säure im Mund, die sich so schädlich auf die Zähne auswirkt, und warum ist es schädlich, Süßigkeiten zu essen, obwohl sie gar nicht sauer sind? Tatsache ist, dass Bakterien im Mund leben, und obwohl sie keine Gefahr für den Körper darstellen, können sie den Zahnschmelz schädigen. Der restliche Zucker dient diesen Bakterien als Nahrung. Alles wäre in Ordnung, wenn nicht dieselben Mikroorganismen Zucker zu Milchsäure verarbeiten würden und dadurch die Versauerung der Umwelt erhöhen würden. Je saurer die Umgebung, desto schneller wird der Zahnschmelz abgebaut. Ja, ja, das gleiche Säure-Basen-Gleichgewicht. Soweit wir wissen, missbrauchen Biber Süßigkeiten nicht, aber die Natur hat sie trotzdem mit einem zusätzlichen Mechanismus belohnt, der ihre Zähne stärker macht. Der springende Punkt liegt in den Ionen, die die Eigenschaften des Zahnschmelzes verändern.

Die Forscher entnahmen Zahnschmelzproben von Mäusen, Kaninchen, Ratten und Bibern und unterzogen sie einer strengen Analyse mit ausgeklügelten Geräten. Sie untersuchten buchstäblich Atom für Atom die Struktur der Fäden, aus denen der Zahnschmelz besteht, und fanden eine interessante Sache heraus. Es stellt sich heraus, dass die Stärke und Widerstandsfähigkeit gegenüber Säuren hauptsächlich von der amorphen Substanz beeinflusst wird, die eisen- oder magnesiumreiche Mineralien enthält. Obwohl der Anteil einer solchen Substanz äußerst gering ist, verändert sie die Schutzeigenschaften des Zahnschmelzes radikal. Biberzahnschmelz ist beispielsweise sechsmal säurebeständiger als Hasenzahnschmelz. All dies ist auf Eisenverbindungen zurückzuführen, hauptsächlich Ferrihydrit. Es verleiht nicht nur chemische Beständigkeit, sondern erhöht auch die mechanische Festigkeit des Zahnschmelzes. Wir können sagen, ja, der Biber hat wirklich eiserne Zähne!

Aber warum wurde noch keine Zahnpasta mit Eisenmineralien hergestellt? Obwohl wir nicht an Espenzweigen nagen müssen, wäre es sehr schön, die Zahnarztbesuche zu reduzieren. Wenn Sie sich die Zähne eines Bibers ansehen, werden Sie feststellen, dass sie weit davon entfernt sind, weiß - gelb oder sogar braun zu sein. Dies sind absolut gesunde, starke Zähne, und Eisenverbindungen verleihen ihnen Farbe. Aus menschlicher Sicht nicht sehr ästhetisch, aber Biber scheinen sich nicht allzu sehr darum zu kümmern.

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