牙結石考古探秘

沈臻懿

被牙結石“封印”的物質

當我們在鏡子前觀察自己的牙齒時，有時會發現牙齒表面有一些黃白色的軟垢或硬化物質。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就是牙結石，亦稱牙石，系口腔內細菌與食物殘渣、蛋白質等形成的牙菌斑（因沒有及時清除而沉積、鈣化）。

在人們的普遍認識中，化石的形成往往需要極為漫長的歷史沉淀。但對于牙菌斑到牙結石的轉變來說，僅僅只需要一兩周時間！而這一過程，同一般意義上的化石形成“如出一轍”！原來，埋藏于地底下的化石，是地下水中的礦物質滲透至生物體中，經石化所形成；而牙結石是唾液中的礦物質沉淀至牙菌斑上，鈣化而成的。

牙結石自身具有規律性分層的特點，每層厚度基本在20至200微米之間。每兩周左右，人們口腔內的一批微生物就會鈣化成為牙結石。如此循環往復，一層又一層被鈣化的口腔微生物就會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留存于牙結石之內。生物體死亡后，大部分的身體組織都會分解，真正能夠形成化石的僅僅只有一小部分。

牙結石鑒于其鈣化方式，得以將微生物等予以極大保存。研究表明，牙結石中有90%左右的體積為口腔微生物組，其余則為食物殘渣、自身DNA、病原體以及來自環境中的煙霧、灰塵等顆粒。毫不夸張地說，任何進入口腔中的物質都有可能被牙結石所“封印”。換個角度而言，其就如同一個“時間寶庫”，蘊含著諸多人體一生中的細節信息。

人類牙結石、齲齒等牙齒疾病從新石器時代開始激增

考古學家眼中的“香餑餑”

牙科醫學的發展以及健康生活的習慣，促使現代人采用刷牙、牙線以及洗牙等方式來預防和治療牙結石。但對于遠古時代沒有刷牙習慣的人類來說，牙結石在彼時普遍存在，沉積數量較大的情形也極為常見。作為一種礦化化石，牙結石可以保留相當長的時間，甚至在距今4.8萬年前的尼安德特人牙齒上亦有發現。

早些年間，牙結石和考古之間似乎相去甚遠。考古學家在研究時，往往會將牙結石從骨骼上去除，并不對其進行專門檢驗。但近年來，牙結石已然成為考古學家眼中的“香餑餑”，其留有的考古信息日益受到關注，研究技術手段也在不斷更新。科學家借助于穩定同位素比值和微量元素含量的測定，對考古發掘中出土的古人類牙齒上的牙結石予以化學成分分析，從而研究彼時人類的飲食結構、生存環境、生活方式以及人口遷徙等方面內容。

人類從狩獵時代逐步過渡至較為平穩的農耕時代后，食物結構也發生了較大變化，轉而以高淀粉類食物為主。這些食物殘渣會大量留存于牙齒表面，加之落后的口腔護理，極易產生菌斑等牙齒問題。諸如牙結石、齲齒等牙齒疾病也隨之從新石器時代開始激增。

在不少考古遺址中，有時會出土各類古代食物或者器物中殘留的食物等。客觀而言，這些考古發現亦能輔助人們對古代飲食習慣、食物結構等方面的研究。但前者反映的更多是較短時間內的一些進食情況，而牙結石則能較為充分地反映出某一個人在一段時期內的飲食構成。畢竟，一層又一層的牙結石非一日所成，其貫穿于個體的一生，因而能夠提供更為長久的食物結構周期和記錄。

對于考古學家來說，數千年前甚至更久遠的化石上的牙結石，都是一段段“被塵封的歷史”，需要用專業技術和手段來揭示這些“未解之謎”！

揭示過去之謎的“時間信息寶庫”

牙結石作為一種飲食文化和遺傳信息的穩定載體，保存有大量的代謝信息。科學家們借助分子生物學技術，得以發現牙結石中可能來源于膳食的植物微化石，如淀粉顆粒、花粉等，以及代謝產物。德國慕尼黑大學考古學家在對3700年前的黎凡特人進行研究時，即通過檢驗遺骸中的牙結石，來分析當時黎凡特地區的飲食結構。科學家研究古人牙垢中的植物微化石成分后，發現了古代黎凡特人食用的本地產小麥、椰棗等糧食及水果。但與此同時，科學家還在牙結石樣本中發現了香蕉蛋白、大豆蛋白以及姜黃等信息。當時，只有亞洲才種植香蕉、大豆等產物，而黎凡特地區并不在種植范圍之內。這一發現，似乎也說明了在3700年前，就已經有專門的商隊和貿易，將亞洲的水果、谷物和香蕉等運輸至地中海。這些具有開創性意義的發現，無疑均來自牙結石考古的助力。

牙結石的形成，即是牙菌斑經歷周期性的礦化。在這種過程中，齦溝液和唾液中的磷酸鈣離子會在牙菌斑基質中沉淀。礦化作用的存在，使得牙結石還可以保存相當數量的遺傳信息。牙結石中含有的羥基磷灰石礦物會與DNA緊緊結合在一起，從而讓遺傳物質得以長久保存。科學家通過對于個體相應部位中所含的DNA含量進行檢驗測定后發現，牙結石中存有的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考古來源的“富礦區”——其DNA含量比牙齒、骨骼要多出10倍乃至1000倍之巨。

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

既然科學家已在4.8萬年前的古人牙齒上發現牙結石，那么這一“時間信息寶庫”能否帶領人們去揭開更為遙遠的過去之謎呢？誠然，牙結石是古代DNA來源的“富礦區”，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，構成DNA骨架的核苷酸間的化學鍵有一半就會斷裂。這就意味著，倘若時間過于久遠的話，DNA也將無法保存。但相較于DNA來說，蛋白質的化學性質更為穩定，且存續時間更持久。目前已發現的最為古老的牙結石，存在于一只距今1200多萬年前的中新世森林古猿的化石上。在這一如此遠古的牙結石中，基本不會有完整的DNA存在，但如果還含有完整蛋白質的話，借助于古代蛋白質的分析，也可幫助人們對祖先生存狀況等展開研究。

編輯：黃靈? yeshzhwu@foxmail.com