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咬牙切齒展

 

新聞稿

請來感受一趟「不虛『齒』行」的奇特參觀之旅!

  本特展將展出近20餘年來科博館所珍貴蒐藏總計二百餘件的哺乳動物代表性化石、骨骼與毛皮標本,這些展示品分別來自研究人員的野外採集、私人蒐藏的捐贈、化石市場的購置與動物園死亡動物的後續處理與製作,堪稱是科博館近年來一項重要的館藏精品呈現。

  特展以哺乳動物最具特色的牙齒結構與功能為展出主軸,觀眾將可近距離地觀察哺乳動物的頭骨、牙齒、骨架等結構特徵,特別是牙齒的特異變化與食性關係,並搭配各類代表性的齒式模型,模擬牙齒的穿刺、切割、研磨等作用,經由操作機械模型,瞭解「咬牙切齒」的機械作用模式。配合特展科博館同時也將舉辦一系列熱鬧有趣的科教推廣活動,讓觀眾能更進一步瞭解各種哺乳動物牙齒的基本構造與食性。

  科博館誠摯邀請各界民眾一同到館參觀此次內容結合學術專業研究成果及大眾科普生活常識的豐富精采展覽,共同關心我們一輩子都非常切身的重要「齒」事!

 

民以食為天

我們常說「民以食為天」。為了求生存,我們都得吃東西。藉由吃,動物可以從其他生物的身上得到賴以存活的能量。有些動物靠吃植物來獲取能量,有些動物則專吃其他動物來維生。而牙齒正是動物求得生存的主要工具,也是消化系統獲取能量的第一道關卡。 食物要經過許多消化的程序,才能轉變為小化學分子,供給體內的細胞直接利用。而在這繁複的消化作用中,牙齒扮演第一道的消化關口,執行第一道程序,將食物切割與研磨,方便吞嚥以及增加與消化液接觸的面積,提高分解與吸收的效率。

 

特徵/線索

  哺乳動物為脊椎動物類群中五大綱之一(其他四綱分別為魚綱、兩生綱、爬行綱與鳥綱)。目前世界上存活的哺乳動物超過了四千六百種,分別屬於十九個目,超過一百四十個科與一千多個屬。此外,更有包括二十多個目、數目無法計算的已滅絕哺乳動物,牠們以化石的形式為我們所熟知。哺乳動物是一群高度多樣化的動物,包括了從體型微小的老鼠,到體型龐大的象;也有從行動敏銳的長臂猿到懶散遲鈍的樹懶。哺乳動物除了遍佈世界各大陸之外,在空中(蝙蝠)、在海洋(鯨豚)也可見其蹤跡。然而,牠們具備了哪些特徵可得以通稱為「哺乳動物」呢?

  從我們人類的身上,就可以瞭解到許多哺乳動物的特徵。例如具有乳腺與哺乳的功能;具有較高的新陳代謝速率以維持體溫的恆定;身上披有毛髮,作為保護與保暖之用;此外,大多數的哺乳動物都具有胎盤,胚胎發育的階段在母體子宮內受到安穩的保護。然而,這些特徵卻會隨著動物的死亡而消失地無影無蹤,唯有骨骼或化石才有機會被保留下來形成化石,所以哺乳動物的骨骼和牙齒,成為我們探索哺乳動物起源、發展與演化的重要線索。

  在骨骼結構上,所有哺乳動物的頸部脊椎骨共有七節、單一的骨質鼻部開口、頭部後方枕骨大孔的周圍有一對隆起的枕髁,與第一節頸椎形成一接續的活動關節,使得頭部有更大的活動自由。在哺乳動物的口腔中,具有次生的口腔骨質硬 ,使得鼻腔與口腔隔離,呼吸時空氣不會進入口腔,如此一來,哺乳動物就能夠同時咀嚼食物與呼吸空氣。此外,哺乳動物的骨骼特徵還包括頭骨為單弓型,即眼眶後方有單一孔洞,有別於恐龍或爬行動物的雙弓型頭骨(眼眶後方有二個孔洞);哺乳動物的肩胛骨中央有一條明顯的肩峰突起,在髖骨部位,腸骨、坐骨與恥骨癒合形成單一的骨質結構。哺乳動物的耳骨結構中,中耳的三塊小聽骨分別為鐙骨、砧骨與錘骨。事實上,哺乳動物的砧骨與錘骨是由爬行動物下頜的方骨與關節骨退入耳中,轉型演化而成,同時也改變了功能,使得哺乳動物更有效率地接收和傳遞聲波。

  隨著哺乳動物的繁衍發展,其牙齒結構也由爬行動物的「同型齒」發展成「異型齒」,即牙齒可區分為門齒、犬齒、前臼齒與臼齒。牙齒是哺乳動物最堅硬也最容易保存形成化石的部位,許多已經滅絕的哺乳動物,都是經由牙齒化石得以辨認,經由牙齒化石的線索,使得我們能夠進一步探究哺乳動物食性的多樣化與環境變異的適應。

 

構造/功能

  哺乳動物的牙齒是由琺瑯質、齒質與白堊質所組成。齒質為主要的部份,其內部形成膨大的牙髓腔與下方的齒根腔,內含豐富的神經與血管,供給牙齒所需要的養分。琺瑯質為堅硬的構造,形成齒帽,即牙齒最外緣的部位,主要的功能就是在咀嚼和研磨食物。此外,從牙齒生成的位置來看,齒槽以上稱為齒冠,齒槽以內稱為齒根,齒根的外圍則由白堊質所包裹。哺乳動物的牙齒屬於異型齒,意指牙齒可以依其型態與功能,分為門齒、犬齒、前臼齒與臼齒,而有別於爬行動物的同型齒。門齒與犬齒為單齒根牙齒,前臼齒與臼齒則為多齒根牙齒。不同於其他脊椎動物的牙齒可以持續地更替換新,大多數的哺乳動物只有兩組牙齒,第一組稱為乳齒,在長出數月或數年後脫落,第二組稱為恆齒,長出後持續至終生。

  隨著不同環境與食物之適應,哺乳動物的牙齒形態產生了極大的差異,例如植食性動物非常依賴其臼齒來咀嚼研磨食物,臼齒就發展成高冠齒型,意指齒冠的部分較長,如此一來,可以增加牙齒的使用年限,當然相對地也就增長動物的壽命。牙齒會隨著對食物的咀嚼和研磨而逐漸磨損,牙齒構造中的琺瑯質厚度與分佈都影響著牙齒的使用年限,也影響我們所看見牙齒的形狀,未磨蝕的臼齒琺瑯質還呈現突起的形狀,一旦逐漸磨蝕之後,琺瑯質則呈現扁平狀,而且沒有完全覆蓋在牙齒的表面上了。通常我們可以藉由牙齒的磨蝕情形推測哺乳動物的年齡。

  哺乳動物牙齒的種類與數目,可以利用齒列的基本齒式來表達。哺乳動物完整的牙齒,應該是上下左右門齒各三顆、犬齒各一顆、前臼齒四顆與臼齒三顆,基本齒式為: 3. 1. 4. 3, 總共有44顆牙齒。然而,隨著不同的種類與食性,各類哺乳動物的牙齒型態與數目均有很大的差異,例如:每一種不同型態的牙齒都有其獨特的功能,一般而言,門齒主要用來獲取食物,犬齒主要是用來獵捕並刺殺獵物,而前臼齒與臼齒則是用來研磨並切割食物。

  現生的哺乳動物(包括有袋類與胎盤類)皆起源於中生代白堊紀的獸亞綱,其頰齒為三尖構造,意即在上、下前臼齒與臼齒都有三個明顯的尖突。食蟲目動物至今仍然保留臼齒三尖構造的原始型態,即為居中的原尖、位於前方的前尖與後方的後尖,而下頜臼齒除了三尖之外,更衍生出下內尖與下次尖,增加上下臼齒咬合與對食物咀嚼的功能。在哺乳動物的演化過程中,臼齒的型態由具有三尖突起的原始雛形開始發展,隨著食物的不同,適切地產生改變。例如肉食性動物的臼齒齒尖突起更為發達,以利切割食物;植食性動物的臼齒齒尖趨於平整,擴大了咀嚼面,以利研磨食物;雜食性動物則臼齒齒尖呈高低交錯圓丘狀突起,使得其咀嚼面能撞擊、搗碎與割斷食物。

 

肉食性哺乳動物

  肉食性哺乳動物以其他動物為主要食物,牙齒的功能在於能夠執行穿刺、拉扯、撕裂和切割等作用。肉食動物利用尖長的犬齒刺入獵物,並緊緊地咬住或拉扯使獵物死亡,刀片狀的臼齒進行撕裂與切割。肉食性哺乳動物的上頜臼齒與下頜臼齒精準且契合的排列,使得咀嚼時臼齒能夠上下緊貼著咬合,而能夠像剪刀般有效率地切割食物。這種具有切割功能的上下臼齒稱為切裂臼齒(carnassials)。以犬為例,切裂臼齒由上頜的第四顆前臼齒(P )和下頜的第一顆臼齒(m )所組成,能將堅韌的肉切成較小的肉片,以利後續的吞食和消化。

  除了尖利的牙齒之外,肉食性哺乳動物亦需具備銳利的前爪來捕捉獵物,而且通常都是先用前爪抓住獵物、咬住獵物的喉部使之窒息,然後才開始進行啖咬。此外,主動掠食的肉食性哺乳動物,其雙眼位於頭骨朝前的位置,如此一來,雙眼可以提供能夠對焦的立體視覺,準確地判斷獵物的所在距離,再進一步決定是否追捕。相對而言,被捕食的植食性哺乳動物,其雙眼位於頭部的側面,提供了寬廣的視野,可以監視周遭掠食者的出沒。

  肉食性哺乳動物的犬齒與切裂臼齒,必須仰賴頜骨的上下運動,才能穿刺與切剪食物。肉食性哺乳動物的下頜關節突與上頜關節窩緊密相接,形成閉鎖式的關節結合方式(locking jaw attachment),使得上下頜能有力地滑動,帶動犬齒與臼齒的上下切刺作用。相對而言,植食性哺乳動物需要頜骨也能夠左右運動研磨食物,所以上下頜骨以靈活鬆脫的結合方式(loose jaw attachment)呈現。在肉食性哺乳動物中,鬣狗頭骨厚實,下頜粗短,臼齒強壯,具有最強的咬合力,能夠咬碎堅硬的骨頭與死亡動物乾韌的外皮,在大自然中經常撿食腐屍爛肉,扮演「清道夫」的任務。

 

植食性哺乳動物

  植食性哺乳動物是以植物為主要食物,包括草、嫩枝、樹葉、根、果實、種子等。植食性哺乳動物上頜和下頜大都能夠左右運動,使得牠們的臼齒能研磨堅韌的植物纖維或堅硬的果實和種子。植食性動物的齒冠大都連結在一起,以擴大口腔中的研磨咀嚼面。在反芻性偶蹄類(鹿、牛、羊)的臼齒咀嚼面上,琺瑯質呈現較為規則的半月型排列,稱為月齒型臼齒(selenodont);而奇蹄類動物(馬、犀牛)的臼齒則呈現橫脊交錯的排列,稱為脊狀型臼齒(lophodont)。大多數植食性哺乳動物的犬齒都已經退化甚至完全消失。

  在植食性哺乳動物中,非反芻性奇蹄類動物和反芻性偶蹄類動物,分別表現了不同的攝食模式與消化吸收的機能。非反芻性的植食動物(例如:馬)必須攝食大量的纖維素食物,因此下頜肌肉發達,下頜骨也顯得較為厚長;反芻性的植食動物(例如:長頸鹿),能藉由反芻將食物多次咀嚼,充分消化與吸收植物的養分,所以消耗較少的食物,也使得下頜骨和下頜肌肉顯得較為纖細。奇蹄類動物大都保留了上、下門齒,能夠切割植物進食;而反芻性偶蹄類動物則缺乏上門齒,但能利用嘴唇與舌頭捲握食物,拉至下門齒進行撕裂切割,然後送至後方的臼齒研磨。

  綜觀所有的植食性哺乳動物,大象臼齒的生長方式最為特殊。臼齒從牙床後邊斜著向前推擠與長大,就像輸送帶一般,臼齒慢慢地生長和向前推進,隨著前方牙齒齒板的磨損而逐漸且連續地向前伸展,一顆接著一顆,把前一個牙齒逐漸擠掉,並取代其位置。大象終其一生在上頜和下頜的每一側各有六顆牙齒(三顆前臼齒、三顆臼齒)可供輪替使用,亦即總共有24顆頰齒。而且隨著年齡的成長,牙齒有愈來愈大、齒板數目有愈來愈多的趨勢。亞洲象和非洲象是現今僅存的長鼻目哺乳動物,亞洲象臼齒齒稜排列較為平行而非洲象齒稜則呈菱形。

 

雜食性哺乳動物

  雜食性哺乳動物既吃肉也吃植物,牠們同時具有可以處理植物和動物的牙齒。雜食性哺乳動物的犬齒雖然較鈍,但是仍可輕易地撕扯肉類食物;臼齒則具有寬廣的表面,用來碾磨搗碎植物類食物。大多數雜食性哺乳動物的臼齒在咀嚼面上,具有圓丘狀高低不等的突起,而且上下臼齒能夠精準地對接咬合。所以除了研磨之外,臼齒能將食物碾斷,亦能上下撞擊,將食物搗成糊狀。因為牙齒必須承擔上下撞擊的力量而不致裂開,所以一般雜食性哺乳動物的臼齒都相當堅硬且耐撞。

  在哺乳動物的分類上,熊屬於食肉目(Carnivora)、熊科(Ursidae),但在食性上卻是屬於雜食性哺乳動物。熊吃的食物包括了動物的肉、樹葉、種子、漿果、蜂蜜等。熊具有銳利的犬齒,能執行吃肉時的穿刺與撕裂,而臼齒具有寬平的表面,用來碾壓植物類食物。有些熊(棕熊、黑熊)的頜骨非常強而有力,能夠輕易地將獵物的頭骨碾碎。有些熊則偏好植物類食物,像是馬來熊愛吃蜂蜜與嫩葉。

 

展場介紹

2019 / 10 / 07 更新

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