研究人員通過3D打印牙齒研究早期哺乳動物的進化
唯一的問題是，化石不能進行生物功能測試，因此測試各種牙齒結構的作用是相當困難的。但3D打印技術解決了這個問題。來自馬薩諸塞阿默斯特大學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，他們發現，牙齒捕食的能力比咬力或動物的能量消耗對于進化來說是更為重要的原因。
簡而言之，3D打印技術幫進化生物學研究得出了一個新的結論。 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，因此早期哺乳動物進化的許多知識源自牙科研究。阿默斯特的研究結果發表在最新版的英國皇家學會雜志。
這一突破是由進化生物學博士生Andrew John Conith和他的主管Elizabeth Dumont在聚合物科學家Alfred Crosby和研究生Michael Imburgia的幫助下實現的。 Dumont和Crosby是馬薩諸塞阿默斯特大學進化材料中心的成員。
為了構建3D打印的牙齒模型，研究團隊依靠的是兩個最早的哺乳動物物種的牙齒數據：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為是早期哺乳動物進化中的典型物種，并且與恐龍一起生活在2億年前的三疊紀。
他們面臨的是進化生物學中的一個關鍵問題。 “為什么牙齒會長成這樣呢?大多數關于早期哺乳動物牙齒進化的研究已經描述了它們的外觀，以及怎么發揮它們的作用，“Conith解釋說， “我們進一步地制作工具來測試它們——我們運用了兩種現代技術，讓3D打印牙齒“咬”聚合物凝膠與它外骨骼般的外殼(為了準確模仿昆蟲)。”
正如這些實驗所體現的，嚼碎食物是至關重要的。 “我們認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。 “但我認為人們需要重新看待這些典型的參數。這是一個關鍵點。我們沒有完全推翻以前的觀點，我們只是新增了一個可能性。”他補充說。
為了得出實際結論，研究人員構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臼齒形狀模型進行了十個實驗。將 3D打印牙齒接在力測試機上，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參數，如力或能量。“Conith解釋，“ 在作科學的學問時，雖然你的想法可能正確，但是要證明你的想法相當復雜。”
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