科学者がラッコの謎を解明！ラッコの歯はなぜ食べることで傷つかないのでしょうか？

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。

ウニは硬い棘で覆われた棘皮動物です。ダメージに耐えられる装甲を見ると、野生の捕食動物は絶対に触れようとしないだろうと推測されます。かわいいラッコたちがまったく怖がらないことを知っている人はほとんどいません。これは彼らの主食の一つであり、とても美味しいです。

ウニを食べるラッコ

(画像出典: noaa)

ウニの棘、つまり外骨格は主に炭酸カルシウムで構成されており、通常はアラゴナイトの形をしています。アラゴナイトは炭酸カルシウム (CaCO₃) の結晶形態であり、方解石とは異なり、2 つの異なる結晶構造を持っています。アラゴナイトのモース硬度は3.5～4で、方解石よりわずかに高いです。アラゴナイトは硬くて丈夫なので、ウニにとって良い保護となります。

アラゴナイトはウニだけでなく、ハマグリ、カキ、ムール貝などの海洋生物の殻にも広く含まれており、これらはすべてラッコの餌となっています。もちろん、これらは人間の食べ物でもありますが、人間は殻をかじって肉を食べることはありません。結局、歯を傷つけてしまっては意味がありません。

貝類を食べるラッコ

（写真提供：PA）

ラッコが貝の殻をかじってその身を食べるのを見るたびに、歯に幻肢痛を感じ、バリバリという音を聞くといつも歯が折れそうな気がします。

人間の歯は主にエナメル質、象牙質、歯髄で構成されています。歯が外皮に対して垂直に押し付けられると、エナメル質は大きな圧縮応力を受けます。咀嚼運動の複雑さにより、歯の表面は一定のせん断応力を受け、エナメル質の微細構造に損傷を引き起こす可能性があります。硬い殻を繰り返し噛むと、歯のエナメル質に疲労損傷が生じ、徐々に蓄積された小さな亀裂が拡大し、最終的にエナメル質が破損する原因となります。

研究によると、硬い食べ物（ナッツの殻や氷など）を頻繁に噛む人は歯の損傷率が高いことが分かっています。さらに、動物実験と人間の臨床観察の両方において、歯のエナメル質は高ストレス下では割れたり剥がれたりする傾向があることが示されています。

ウニを食べるラッコたち

(画像出典: pinterest)

ラッコの歯は噛んでも折れないのはなぜですか？

2014年、科学者たちは冷凍ラッコの標本から犬歯と第一大臼歯を採取し、歯根をエポキシ樹脂に埋め込み、縦断面を切断してハンター・シュレーガー帯（HSB）を露出させた。 HSB は哺乳類の歯のエナメル質の微細構造的特徴です。

科学者たちは、歯冠の断面を1ミクロンの仕上げまで切断して磨き、平らで滑らかな表面を確保しました。次に、サンプルを機械試験台に置き、タングステンカーバイドのビッカースマクロインデンターを使用してエナメル質を垂直に押し下げ、歯の表面にホタテ貝形の亀裂が現れるまで徐々に荷重を増やしました。

実験中、科学者たちは、各欠けに必要なピーク力 (PF) と、くぼみ点から歯の端までの重要な欠け寸法 (h) を記録しました。 12 個の実験的骨折を測定することにより、骨折サイズ (h) は 0.16 ～ 0.79 mm の範囲にあり、必要なピーク力 (PF) は 53 ～ 605 ニュートンの範囲にあることがわかりました。

線形回帰分析により、ラッコのエナメル質の傾きは人間のエナメル質と有意に差がないが、切片は有意に高いことがわかり、ラッコのエナメル質の靭性は人間のエナメル質の2.8倍であることがわかります。

（画像出典：参考資料2）

最後に、科学者たちは力と変位の図を作成し、ラッコの歯のエナメル質の強度を計算しました。結果、ラッコのエナメル質の靭性は2.8 MPa m^0.5であり、これは人間のエナメル質（約1.0 MPa m^0.5）よりも大幅に高いことが示されました。エナメル質の強度は人間の約3倍です。

どうやら、ラッコのエナメル質は人間のエナメル質よりもはるかに硬いようです。これは主にラッコの歯のHSB構造によるものです。 HSB を交互に配置することで、応力を効果的に分散・吸収し、亀裂が一方向に広がるのを防ぎ、歯の靭性を高めます。

a はラッコのエナメル質の重なり合った絡み合った構造を示しています。 cは電子顕微鏡で見たエナメル質の密な円柱構造を示す。

（画像出典：参考資料2）

科学者たちは顕微鏡観察により、ラッコのエナメル質のHSBが歯のほぼ表面まで伸びていることを発見しました。これは、すべての亀裂が絡み合った構造に関係していることを意味し、歯の亀裂に対する耐性がさらに向上し、歯が自然に割れにくくなることを意味します。

人間の歯の場合、HSB が関与する骨折は大きなものに限られ、これが人間の歯の骨折に対する耐性が低い理由の 1 つです。

ラッコは貝殻を開くために道具も使う

動物界では道具の使用は一般的ではありませんが、一部の種ではその行動が大きな適応上の利点をもたらします。ラッコはその一例です。彼らは良い歯を持っているだけでなく、石などの道具を使って硬い殻を割って食べ物を取り出すこともできます。

2023年、科学者たちはカリフォルニア州中部の沖合でラッコ196頭を捕獲し、無線タグを取り付けて動きを追跡し、餌を探す際に各ラッコが使用した道具を記録した。ラッコは歯の損傷や露出した象牙質の割合を評価するために定期的に歯科検査も受けます。

石を使って殻を開けるラッコ

（画像出典：参考1）

まず、道具をより頻繁に使用するメスのラッコは、より大きくて硬い獲物を捕らえることができました。 90パーセント以上の確率で道具を使ったメスのラッコは、道具を使わないメスのラッコよりも197パーセントも硬い獲物を捕まえた。オスのラッコでは道具の使用頻度と獲物の硬さの間に有意な相関関係は見られませんでしたが、これはオスのラッコの方が体が大きく、噛む力が強いためと考えられます。

第二に、道具を頻繁に使用したラッコは歯の損傷が少なかった。道具を50%以上使用した人では、歯の損傷が女性で19%、男性で16%少なかった。もちろん例外もありました。 1%～6%の個体では歯の損傷が実際に増加しており、これはこれらの個体がより硬い獲物を扱ったためであると考えられる。

ラッコは殻を開けやすくするために胸の上に石を置く

（画像出典：ハカイマガジン）

結論: 道具の使用は、ラッコの採餌と歯の健康の両方に重要な影響を及ぼします。道具を使うと、ラッコはより多くの、より硬い獲物を捕まえられるだけでなく、歯のダメージも軽減し、歯を健康に保つことができます。

歯が良いということは頭が良いということであり、ラッコが歯を折らないのはそのためです。

参考文献:

1. Chris J. Law 他道具の使用は、ラッコ（Enhydra lutris nereis）の機械的な採餌の成功率と歯の健康を向上させる。Science384、798-802（2024）。DOI：10.1126 / science.adj6608

2. Ziscovici C、Lucas PW、Constantino PJ、他ラッコの歯のエナメル質は、その微細構造により欠けにくくなっています[J]。生物学レターズ、2014年、10(10):20140484。