牙結(jié)石考古探秘

沈臻懿

被牙結(jié)石“封印”的物質(zhì)

當(dāng)我們?cè)阽R子前觀察自己的牙齒時(shí)，有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)牙齒表面有一些黃白色的軟垢或硬化物質(zhì)。用手使勁摳下一小塊后稍嗅一下，其味道更是令人“眉頭緊鎖”。這種令人感到惡心的物質(zhì)就是牙結(jié)石，亦稱牙石，系口腔內(nèi)細(xì)菌與食物殘?jiān)?、蛋白質(zhì)等形成的牙菌斑（因沒(méi)有及時(shí)清除而沉積、鈣化）。

在人們的普遍認(rèn)識(shí)中，化石的形成往往需要極為漫長(zhǎng)的歷史沉淀。但對(duì)于牙菌斑到牙結(jié)石的轉(zhuǎn)變來(lái)說(shuō)，僅僅只需要一兩周時(shí)間！而這一過(guò)程，同一般意義上的化石形成“如出一轍”！原來(lái)，埋藏于地底下的化石，是地下水中的礦物質(zhì)滲透至生物體中，經(jīng)石化所形成；而牙結(jié)石是唾液中的礦物質(zhì)沉淀至牙菌斑上，鈣化而成的。

牙結(jié)石自身具有規(guī)律性分層的特點(diǎn)，每層厚度基本在20至200微米之間。每?jī)芍茏笥?，人們口腔?nèi)的一批微生物就會(huì)鈣化成為牙結(jié)石。如此循環(huán)往復(fù)，一層又一層被鈣化的口腔微生物就會(huì)不斷地附著于牙齒之上。如果不加以清潔和除垢，大量口腔微生物組就會(huì)留存于牙結(jié)石之內(nèi)。生物體死亡后，大部分的身體組織都會(huì)分解，真正能夠形成化石的僅僅只有一小部分。

牙結(jié)石鑒于其鈣化方式，得以將微生物等予以極大保存。研究表明，牙結(jié)石中有90%左右的體積為口腔微生物組，其余則為食物殘?jiān)?、自身DNA、病原體以及來(lái)自環(huán)境中的煙霧、灰塵等顆粒。毫不夸張地說(shuō)，任何進(jìn)入口腔中的物質(zhì)都有可能被牙結(jié)石所“封印”。換個(gè)角度而言，其就如同一個(gè)“時(shí)間寶庫(kù)”，蘊(yùn)含著諸多人體一生中的細(xì)節(jié)信息。

人類牙結(jié)石、齲齒等牙齒疾病從新石器時(shí)代開始激增

考古學(xué)家眼中的“香餑餑”

牙科醫(yī)學(xué)的發(fā)展以及健康生活的習(xí)慣，促使現(xiàn)代人采用刷牙、牙線以及洗牙等方式來(lái)預(yù)防和治療牙結(jié)石。但對(duì)于遠(yuǎn)古時(shí)代沒(méi)有刷牙習(xí)慣的人類來(lái)說(shuō)，牙結(jié)石在彼時(shí)普遍存在，沉積數(shù)量較大的情形也極為常見。作為一種礦化化石，牙結(jié)石可以保留相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，甚至在距今4.8萬(wàn)年前的尼安德特人牙齒上亦有發(fā)現(xiàn)。

早些年間，牙結(jié)石和考古之間似乎相去甚遠(yuǎn)?？脊艑W(xué)家在研究時(shí)，往往會(huì)將牙結(jié)石從骨骼上去除，并不對(duì)其進(jìn)行專門檢驗(yàn)。但近年來(lái)，牙結(jié)石已然成為考古學(xué)家眼中的“香餑餑”，其留有的考古信息日益受到關(guān)注，研究技術(shù)手段也在不斷更新?？茖W(xué)家借助于穩(wěn)定同位素比值和微量元素含量的測(cè)定，對(duì)考古發(fā)掘中出土的古人類牙齒上的牙結(jié)石予以化學(xué)成分分析，從而研究彼時(shí)人類的飲食結(jié)構(gòu)、生存環(huán)境、生活方式以及人口遷徙等方面內(nèi)容。

人類從狩獵時(shí)代逐步過(guò)渡至較為平穩(wěn)的農(nóng)耕時(shí)代后，食物結(jié)構(gòu)也發(fā)生了較大變化，轉(zhuǎn)而以高淀粉類食物為主。這些食物殘?jiān)鼤?huì)大量留存于牙齒表面，加之落后的口腔護(hù)理，極易產(chǎn)生菌斑等牙齒問(wèn)題。諸如牙結(jié)石、齲齒等牙齒疾病也隨之從新石器時(shí)代開始激增。

在不少考古遺址中，有時(shí)會(huì)出土各類古代食物或者器物中殘留的食物等?？陀^而言，這些考古發(fā)現(xiàn)亦能輔助人們對(duì)古代飲食習(xí)慣、食物結(jié)構(gòu)等方面的研究。但前者反映的更多是較短時(shí)間內(nèi)的一些進(jìn)食情況，而牙結(jié)石則能較為充分地反映出某一個(gè)人在一段時(shí)期內(nèi)的飲食構(gòu)成。畢竟，一層又一層的牙結(jié)石非一日所成，其貫穿于個(gè)體的一生，因而能夠提供更為長(zhǎng)久的食物結(jié)構(gòu)周期和記錄。

對(duì)于考古學(xué)家來(lái)說(shuō)，數(shù)千年前甚至更久遠(yuǎn)的化石上的牙結(jié)石，都是一段段“被塵封的歷史”，需要用專業(yè)技術(shù)和手段來(lái)揭示這些“未解之謎”！

揭示過(guò)去之謎的“時(shí)間信息寶庫(kù)”

牙結(jié)石作為一種飲食文化和遺傳信息的穩(wěn)定載體，保存有大量的代謝信息?？茖W(xué)家們借助分子生物學(xué)技術(shù)，得以發(fā)現(xiàn)牙結(jié)石中可能來(lái)源于膳食的植物微化石，如淀粉顆粒、花粉等，以及代謝產(chǎn)物。德國(guó)慕尼黑大學(xué)考古學(xué)家在對(duì)3700年前的黎凡特人進(jìn)行研究時(shí)，即通過(guò)檢驗(yàn)遺骸中的牙結(jié)石，來(lái)分析當(dāng)時(shí)黎凡特地區(qū)的飲食結(jié)構(gòu)?？茖W(xué)家研究古人牙垢中的植物微化石成分后，發(fā)現(xiàn)了古代黎凡特人食用的本地產(chǎn)小麥、椰棗等糧食及水果。但與此同時(shí)，科學(xué)家還在牙結(jié)石樣本中發(fā)現(xiàn)了香蕉蛋白、大豆蛋白以及姜黃等信息。當(dāng)時(shí)，只有亞洲才種植香蕉、大豆等產(chǎn)物，而黎凡特地區(qū)并不在種植范圍之內(nèi)。這一發(fā)現(xiàn)，似乎也說(shuō)明了在3700年前，就已經(jīng)有專門的商隊(duì)和貿(mào)易，將亞洲的水果、谷物和香蕉等運(yùn)輸至地中海。這些具有開創(chuàng)性意義的發(fā)現(xiàn)，無(wú)疑均來(lái)自牙結(jié)石考古的助力。

牙結(jié)石的形成，即是牙菌斑經(jīng)歷周期性的礦化。在這種過(guò)程中，齦溝液和唾液中的磷酸鈣離子會(huì)在牙菌斑基質(zhì)中沉淀。礦化作用的存在，使得牙結(jié)石還可以保存相當(dāng)數(shù)量的遺傳信息。牙結(jié)石中含有的羥基磷灰石礦物會(huì)與DNA緊緊結(jié)合在一起，從而讓遺傳物質(zhì)得以長(zhǎng)久保存。科學(xué)家通過(guò)對(duì)于個(gè)體相應(yīng)部位中所含的DNA含量進(jìn)行檢驗(yàn)測(cè)定后發(fā)現(xiàn)，牙結(jié)石中存有的DNA含量居然大大超出牙齒、骨骼等部分，這也使其成了古代DNA考古來(lái)源的“富礦區(qū)”——其DNA含量比牙齒、骨骼要多出10倍乃至1000倍之巨。

牙結(jié)石中有9 0%左右的體積為口腔微生物組，其余則為食物殘?jiān)?、自身DNA、病原體以及煙霧、灰塵等顆粒

既然科學(xué)家已在4.8萬(wàn)年前的古人牙齒上發(fā)現(xiàn)牙結(jié)石，那么這一“時(shí)間信息寶庫(kù)”能否帶領(lǐng)人們?nèi)ソ议_更為遙遠(yuǎn)的過(guò)去之謎呢？誠(chéng)然，牙結(jié)石是古代DNA來(lái)源的“富礦區(qū)”，但DNA自身的特性，決定了其有著半衰期的存在。每隔一段周期，構(gòu)成DNA骨架的核苷酸間的化學(xué)鍵有一半就會(huì)斷裂。這就意味著，倘若時(shí)間過(guò)于久遠(yuǎn)的話，DNA也將無(wú)法保存。但相較于DNA來(lái)說(shuō)，蛋白質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)更為穩(wěn)定，且存續(xù)時(shí)間更持久。目前已發(fā)現(xiàn)的最為古老的牙結(jié)石，存在于一只距今1200多萬(wàn)年前的中新世森林古猿的化石上。在這一如此遠(yuǎn)古的牙結(jié)石中，基本不會(huì)有完整的DNA存在，但如果還含有完整蛋白質(zhì)的話，借助于古代蛋白質(zhì)的分析，也可幫助人們對(duì)祖先生存狀況等展開研究。

編輯：黃靈? yeshzhwu@foxmail.com