Gatunek Homo Sapiens jest wyjątkowy pod wieloma względami. Jako jedyne ssaki lądowe, samice naszego gatunku przechodzą menopauzę, czyli okres w życiu kobiety, gdy wskutek zaniku czynności jajników całkowicie ustaje miesiączkowanie (1). Ponadto, w porównaniu do naszych najbliższych krewnych np. szympansów, mamy stosunkowo długo trwającą ciążę, której efektem jest bardzo niesamodzielny potomek. Co więcej jako gatunek mamy stosunkowo niewielkie odległości między kolejnymi ciążami. Dzieje się tak mimo, że ludzkie dzieci potrzebują znacznie więcej czasu w porównaniu z szympansimi do tego, aby osiągnąć jako taką samodzielność. Zarówno zjawisko menopauzy, jak i bardzo długi okres dzieciństwa, są pewnymi ewolucyjnymi nowościami, stąd naukowcy próbują dociec, kiedy te „nowości” w naszej ewolucyjnej przeszłości się pojawiły. Jednak do tej pory problematyczna była nie tylko ograniczona liczba kopalnych szczątków hominidów, ale również brakowało metody, która pozwoliłaby odczytać zapisane na tych nielicznych szczątkach informacje. Naukowcy z Uniwersytetu w Nowym Jorku właśnie opracowali metodę, która pozwala określić ze stosunkowo dużą dokładnością, kiedy nastąpiły ważne wydarzenia w życiu jednostki. Technika ta bazuje na badaniu korzenia zęba i powlekającego go cementu (kostniwa) (2).
Struktura cementu w powiększeniu w mikroskopie polaryzacyjnym (Fotografia jest częścią cytowanego w niniejszym wpisie artykułu: Cerrito, P., Bailey, S. E., Hu, B., & Bromage, T. G. (2020). Parturitions, menopause and other physiological stressors are recorded in dental cementum microstructure. Scientific Reports, 10(1), 1-10.
Ach, te zęby
Zęby to najtwardsza część ludzkiego organizmu. Szkliwo, czyli warstwa tkanki, która powleka koronę zęba z zewnątrz, jest niezwykle twarde (5-6 w skali Mohsa) i odporne na zgniatanie (100–380 Paskali) (3). W około 97 % szkliwo zbudowane jest z materii nieorganicznej – kryształków dwuhydroksyapatytu, co właśnie nadaje im tą niezwykłą twardość. Podczas gdy szkliwo pokrywa ząb od góry (czyli jego koronę), tak korzeń (czyli część zęba umocowana w zębodole) pokryty jest cementem (kostniwem). Cement służy do ochrony zęba i wraz z ozębną i włóknami kolagenowymi elastycznie umocowuje ząb w zębodole. Podobnie jak szkliwo, cement również w większości składa się z kryształków dwuhydroksyapatytu, który stanowi około 65% jego masy.
Ząb zmiennym jest
Zęby, jako tkanka organizmu żywego, ulegają ciągłym zmianom i przebudowie. Ludzki szkielet wraz z zębami jest zaangażowany w utrzymanie równowagi (homeostazy) mineralnej w organizmie, ponieważ stanowi swoisty magazyn substancji mineralnych. Gdy jest taka potrzeba, substancje mineralne są resorbowane z ich struktur w przypadku kości, lub przyrost tych tkanek jest spowolniony, zaburzony lub zatrzymany (w przypadku szkliwa i cementu zębowego). Stąd takie wydarzenia w życiu kobiety jak ciąża i laktacja, gdy zapotrzebowanie na związki mineralne niezbędne do budowy nowego organizmu są duże, mogą zostawić swój ślad na przykład w tkance kostnej. Podobnie ślad zostawia przejście klimakterium, czyli rozpoczęcie okresu menopauzy. W czasie tego procesu następuje zmniejszenie wydzielania hormonów płciowych, które istotnie wpływają na gospodarkę mineralną w organizmie. Do tej pory nie było jednak jasne, czy te wydarzenia mogą zapisać się również w strukturze zębów.
Do czego służą antropologom zęby?
W antropologii fizycznej i archeologii od dawna wykorzystuje się analizę struktury szkliwa, jako nieswoisty wyznacznik stresu fizjologicznego (3, 4). Często nawet gołym okiem można dostrzec poziome zagłębienia na zewnętrznej powierzchni zęba– jest to obraz hipoplazji szkliwa. Hipoplazja szkliwa, czyli ogólnie rzecz ujmując, zaburzenie w jego tworzeniu, może być skutkiem silnego stresu fizjologicznego we wczesnym okresie życia człowieka. Takim stresem fizjologicznym dla młodego organizmu może być np. choroba wieku dziecięcego, niedożywienie czy odstawienie od piersi. Do tej pory wiele mogliśmy odczytać z anomalii w budowie szkliwa, jednak większość tych informacji dotyczyła okresu dziecięcego. Związane jest to z faktem, iż zmiany w przyroście szkliwa powstają jedynie do momentu zakończenia formowania się zębów stałych. Zatem niestety na podstawie zmian w budowie szkliwa nie jest możliwe wnioskowanie o wydarzeniach, które następują w późniejszych okresach życia człowieka np. o momencie wystąpienia porodów i menopauzy. Z tego względu potrzebna była nowa metoda, która pozwoliłaby znaleźć odpowiedź na pytanie: kiedy w naszej ewolucyjnej przeszłości wyewoluowała menopauza i czy była związana ze skróceniem odległości między kolejnymi ciążami?
Całkiem nowa metoda
Tutaj z pomocą przychodzi badaczka z Uniwersytety Nowojorskiego – Paola Cerrito (2). Cerrito i jej współpracownicy opracowali nowatorską metodę, bazującą nie na analizie mikrostruktury szkliwa, ale powlekającego korzenie zębów cementu (kostniwa). Cement, odróżnieniu od szkliwa, przyrasta systematycznie przez całe życie człowieka i zachowuje struktury przyrostowe, które mogą być interpretowane w podobny sposób jak przyrosty roczne drzewa***. Na tej podstawie naukowcy założyli, że w strukturze cementu będzie można zaobserwować istotne wydarzenia w życiu jednostki również po okresie wzrostu, czyli właśnie moment przebycia klimakterium i rozpoczęcia się okresu menopauzy.
Zęby jak pnie drzew
Badacze z Nowego Jorku przeanalizowali 47 zębów należących do 15 osób pochodzących z Malawi (Afryka) za pomocą mikroskopu polaryzacyjnego. Mieli ponadto do dyspozycji dane medyczne wspomnianych osób i ich historie życia, czyli wiedzieli kiedy nastąpiły istotne wydarzenia w ich życiu. Co się okazało … otóż zaobserwowano bardzo silną dodatnią zależność pomiędzy rzeczywistym czasem (dane medyczne), kiedy nastąpiło istotne z punktu widzenia organizmu silnie stresujące wydarzenie, a czasem wnioskowanym na podstawie zastosowanej metody. Czyli nowa metoda działa i na pozwala określić wiek osoby, w którym przeżyła ona bardzo stresujące wydarzenie. Co ciekawe, oprócz porodu i menopauzy, naukowcy zidentyfikowali również inne stresory, które zapisały się w ludzkich zębach – takie jak: przebywanie w więzieniu, choroba przewlekła, przeniesienie się ze wsi do miasta.
Żadna metoda nie jest doskonała
Opracowana właśnie metoda nie jest doskonała. Po pierwsze, podobnie jak w przypadku hipoplazji szkliwa, również liniom w cemencie, nie można przypisać konkretnych wydarzeń z życia nie mając dokumentacji medycznej do porównania. Po drugie, oszacowania wieku na podstawie pierścieni w cemencie na korzeniach zębów są zawyżone średnio o 2 lata. Co więcej, istnieją istotne statystycznie różnice w pomiarach zrobionych na różnych zębach od tej samej osoby.
Bliżej rozwikłania zagadki menopauzy
Mimo tych ograniczeń, czyli potrzeby analizy kilku zębów od jednego osobnika i brania pod uwagę błędu pomiarowego, który może wynosić nawet w sumie około 5 lat, metoda ta będzie na pewno bardzo użyteczna w badaniach na szczątkach naszych pradawnych przodków. Do celów paleoantropologicznych, archeologicznych i paleodemograficznych nawet najszerszy zakres szacunków zapewnia wyniki, które mogą się znacznie przyczynić do znalezienia odpowiedzi na pytanie, kiedy w naszej ewolucyjnej przeszłości pojawiła się np. menopauza. Ponieważ cement może dobrze zachować w zapisie kopalnym, nowa metoda stanowi ważny, pierwszy krok w kierunku znalezienia odpowiedzi na pytanie, kiedy w naszej ewolucyjnej przeszłości pojawiło się zjawisko menopauzy. Zatem trzymamy kciuk za kolejne rewolucyjne odkrycia z zastosowaniem opisanej powyżej metody. Jak tylko jakieś się ukażą, na pewno dam wam znać!
Zapraszam również do obejrzenia krótkiego fragmentu rozmowy w programie „Pytanie na Śniadanie„. Wraz z prowadzącymi rozmawiamy o nowej metodzie opisanej w powyższym artykule.
(1) Wydawnictwo Naukowe, P. W. N. (2015). Internetowy Słownik Języka Polskiego PWN.
(2) Cerrito, P., Bailey, S. E., Hu, B., & Bromage, T. G. (2020). Parturitions, menopause and other physiological stressors are recorded in dental cementum microstructure. Scientific Reports, 10(1), 1-10.
(3) Geber, J. (2014). Skeletal manifestations of stress in child victims of the G reat I rish F amine (1845–1852): Prevalence of enamel hypoplasia, Harris lines, and growth retardation. American Journal of Physical Anthropology, 155(1), 149-161.
(4) Miszkiewicz, J. J. (2015). Linear Enamel Hypoplasia and Age‐at‐Death at Medieval (11th–16th Centuries) St. Gregory’s Priory and Cemetery, Canterbury, UK. International Journal of Osteoarchaeology, 25(1), 79-87.
