海膽，一種全身布滿硬刺的棘皮動物，看這一身內建反傷的裝甲，在野外估計沒有哪只捕食者敢隨便觸碰。殊不知，可愛的海獺根本不怕，這是它的主食之一，吃起來「賊香」。
正在吃海膽的海獺
（圖片來源：noaa）
海膽的刺，也就是外骨骼，主要由碳酸鈣組成，通常為文石形式。文石（Aragonite）是一種碳酸鈣（CaCO₃）的晶體形式，與方解石（Calcite）同為碳酸鈣的兩種不同晶體結構。文石的莫氏硬度為3.5到4，略高於方解石。因為文石具有高硬度和強韌性，所以它能夠提供海膽良好的保護。
不只是海膽，文石廣泛存在於海洋生物的殼中，如蛤蜊、牡蠣和貽貝等，而這些生物都是海獺的食物。當然，這些也是人類的食物，只是人不會咬破殼吃肉，畢竟把牙咬壞了就得不償失了。
正在吃貝類的海獺
（圖片來源：PA）
每次看到海獺一口咬崩掉蛤蜊的殼吃肉，就感覺自己的牙齒一陣幻痛，聽到嘎嘣嘎嘣的聲音總覺得自己的牙要崩壞了。
對於人類來說，人的牙齒主要由牙釉質、牙本質、牙髓構成。當牙齒垂直作用於硬殼時，牙釉質會承受很大的壓縮應力。由於咀嚼動作的復雜性，牙齒表面還會承受一定的剪下應力，這些力會引起牙釉質的微觀結構破壞。反復咀嚼硬殼會導致牙釉質的疲勞損傷，逐漸積累的微小裂紋會擴充套件，最終導致牙釉質破裂。
研究表明，頻繁咀嚼堅硬食物（如堅果殼、冰塊）的人，其牙齒損傷率更高。另外，動物實驗和人類臨床觀察均顯示，高應力作用下的牙釉質容易發生裂紋和剝落。
享受海膽大餐的海獺
（圖片來源：pinterest）
為什麽海獺的牙沒被咬崩掉呢？
2014年，科學家從冷凍的海獺標本中取得了它的犬齒和第一磨牙，然後將牙齒的根部嵌入環氧樹脂中，並切割縱向部份以暴露出Hunter-Schreger帶（HSB）。HSB是哺乳動物牙釉質中的一種顯微結構特征。
科學家將牙冠橫截面切割並拋光至1微米的光潔度，確保表面平整光滑。然後，他們將樣本放置在機械測試平台上，使用鎢硬質合金的維氏宏壓痕儀垂直向下按壓釉質，逐漸增載入荷，直到牙齒表面出現一個扇貝狀的崩裂。
在實驗過程中，科學家們記錄了每次崩裂所需的峰值力（PF），以及從壓痕點到牙齒邊緣的關鍵崩裂尺寸（h）。透過對12個實驗崩裂進行測量，他們發現崩裂尺寸（h）在0.16到0.79毫米之間，而所需的峰值力（PF）在53到605牛頓之間。
透過線性回歸分析，可以看出海獺牙釉質的斜率與人類牙釉質無顯著差異，但截距顯著更高，表明海獺牙釉質的韌性是人類牙釉質的2.8倍。
（圖片來源：參考文獻2）
最終科學家們還繪制了力量-位移圖，並計算了海獺牙釉質的韌性。結果顯示，海獺牙釉質的韌性為2.8 MPa m^0.5，顯著高於人類牙釉質（約1.0 MPa m^0.5），其牙釉質韌性快是人類的3倍了。
很明顯，海獺牙釉質的堅韌性遠超人類牙釉質。這主要歸功於海獺牙齒中的HSB結構。HSB的交錯排列能夠有效地分散和吸收應力，防止裂紋沿單一方向擴充套件，從而增強牙齒的韌性。
a中海獺牙釉質的層層疊疊的交錯結構；c在電鏡下可以看到牙釉質的密集圓形棱柱結構
（圖片來源：參考文獻2）
科學家們透過顯微鏡觀察發現，海獺牙釉質中的HSB幾乎延伸到牙齒表面，這使得所有的崩裂都涉及交錯結構，進一步提高了牙齒的抗裂性，牙自然不容易崩。
而在人類牙齒中，只有較大的崩裂才會涉及HSB，這也是人類牙齒的抗崩裂性較低的原因之一。
海獺還會利用工具開殼
工具使用在動物界並不常見，但在某些物種中，這種行為帶來了顯著的適應力優勢。海獺就是這樣一個例子。它們不只牙口好，還會利用石頭等工具敲開堅硬的貝殼，從中獲取食物。
2023年，在加利福尼亞中部沿海區域，科學家捕捉了196只海獺，並為它們安裝了無線電標簽，方便跟蹤它們的活動，記錄每只海獺在覓食時使用工具的情況。而且還定期對海獺進行牙齒檢查，評估它們的牙齒損傷情況和牙本質暴露比例。
正在用石頭開殼的海獺
（圖片來源：參考文獻1）
首先，使用工具頻率高的雌性海獺能夠獲取更大、更堅硬的獵物。工具使用頻率超過90%的雌性海獺獲取的獵物硬度比不使用工具的個體高197%。雄性海獺的工具使用頻率與獵物硬度之間沒有顯著關聯，這可能是因為雄性海獺本身體型較大，咬合力更強。
其次，工具使用頻率高的海獺牙齒損傷較少。工具使用頻率超過50%的個體的牙齒損傷減少了19%（雌性）和16%（雄性）。當然也有一些例外，在1%到6%的個體裏，它們的牙齒損傷反而增加，這可能是因為這些個體處理的獵物更硬。
把石塊放在胸口協助開殼的海獺
（圖片來源：Hakai Magazine）
由此可見，工具使用對南部海獺的覓食和牙齒健康都有著重要影響。使用工具不僅可以幫助海獺獲取更多、更堅硬的獵物，還能減少牙齒損傷，保持牙齒健康。
牙口好，腦子聰明，這就是海獺不會咬崩牙的原因。
參考文獻：
[1] Chris J. Law et al. ,Tool use increases mechanical foraging success and tooth health in southern sea otters (Enhydra lutris nereis).Science384,798-802(2024).DOI:10.1126/science.adj6608
[2]Ziscovici C, Lucas P W, Constantino P J, et al. Sea otter dental enamel is highly resistant to chipping due to its microstructure[J]. Biology Letters, 2014, 10(10): 20140484.
出品：科普中國
作者：蘇澄宇（科普創作者）
監制：中國科普博覽
