真问真答：人为什么要换牙｜大象公会
2016/4/7 大象公会
人类并不是唯一换牙的物种，所有长牙的脊椎动物都会换牙。但绝大多数哺乳动物都是“一换性齿”，即只有一套乳牙和一套恒牙；而其它脊椎动物都是“多换性齿”，能终生换牙。这就提醒我们，换牙的次数关系着进化因素，与生物适应性密切相关。
牙齿脱落并更换的能力是一组同源器官的共同特征。
从起源上看，脊椎动物的牙齿演化自鱼类祖先的鳞片，这种鳞片并不是我们今日习以为常的鱼鳞，而是一种带髓腔的骨质结构。它的表面还常常覆盖着羟磷灰石构成的珐琅质，其解剖结构与牙齿无异，鲨鱼的鳞片至今仍保持这种结构。
约 4.2 亿年前的隆线花鳞鱼(Theloduscarinatus)鳞片化石横切面，表面有羟磷灰石覆盖，占大多数的棕色部分是骨质，中央的空腔是髓腔
最晚从 4.1 亿年前开始，一些格外粗糙而坚硬的鳞片就移向了颌骨的咬合面上，并一步步演化为今天的牙齿。而在更晚的进化中，鳞片在陆生脊椎动物身上又演化成了毛发、羽毛、指甲甚至汗腺和乳腺。换言之，牙齿先天应当具有的脱落和再生能力，跟毛发、指甲是一致的。
约 4.1 亿年前，一种盾皮鱼 Romundina stellina 的颅骨化石，球形空腔为口腔，左端凸起为下颌，上面覆盖着已知最古老的牙齿，非常类似右侧体表的鳞片
软骨鱼都保留了许多祖先特征，图中是犁头鳐的牙齿，仍然以鳞片的方式排列，用来研碎坚硬的贝类和虾蟹
从人类胚胎发育上看，牙齿和所有的皮肤附属器官都源于皮肤的局部折叠，而这些折叠全由 EDA 基因总控。EDA 基因一旦异常就会出现“无汗症”等怪异疾病，患者往往先天缺失所有的毛发、指甲、牙齿、汗腺和乳腺。曾出演《星际迷航》等作品的美国演员迈克尔·贝利曼(Michael Berryman)，就是一个典型的无汗症患者，他没有任何体毛、汗腺乃至牙齿——照片中的是假牙
不过，动物的换牙次数，与其在演化史上出现的晚近程度却是相反的，在我们看来越进化的动物种类，它的换牙次数基本就越少。
例如，鲨鱼和一些爬行动物会很频繁的换牙。鳄类未成年时每个月都会换牙，成年以后仍保持两年一换的速度持续更新，一辈子能长出 3000 多颗牙齿。从化石上看，肉食恐龙甚至在新牙尚未萌出时，就在新牙底下又形成了新牙的后备。
侏罗纪晚期异特龙(Allosaur sp.)上颌骨的 X 光照片示意图，可见两批形成中的牙齿
哺乳动物只换一次牙，这与环境适应历史有着密切的关系。我们演化自二叠纪的兽孔类，最初是一些小体型的食肉动物。巨大的生存压力使它们寿命短暂，换牙的能力无关紧要，逐渐丢失了；另一方面，它们的牙齿形态却变得越来越丰富，得以进食多种多样的食物。
“四角兽”(Tetraceratops)可能是最古老的兽孔类动物，生活在 2.75 亿年前的二叠纪早期，目前只发现了一个头骨，长约 9 厘米，体型不大；但已经有了明显的牙齿分化，延长的犬齿向后弯曲，显示它们吃肉
这种适应性演化到现代哺乳动物，已发挥到极其精细的分工程度：薄的门齿负责切割，尖的犬齿负责撕咬，钝的臼齿负责研磨，食肉动物的部分前臼齿还会特化成锋利的切齿，用来切断组织。
丰富的牙齿形态让哺乳动物进食格外精细，减轻了消化负担，节省了体能，但多次换牙的能力却没有找回。
只有象类、海牛和袋鼠三类动物的臼齿例外。它们不断换牙的能力都与食物会严重磨损其臼齿相关：
为适应格外粗糙的热带植物，再加上象群高度依赖长者的经验，象类祖先的演化重新俘获了多换性齿的宝贵性状；海牛在海床上进食容易误食泥沙，牙齿磨损格外迅速，需要经常换牙；袋鼠吃的草大都富集二氧化硅晶体，也需要经常换牙。
杂食动物低冠臼齿(人类)和食草动物高冠臼齿(马)的结构比较(上)——现代陆生食草动物几乎都有高冠齿，这种牙齿可以经受漫长的磨损，极大加强了食草动物的适应性；下面的巨物是猛犸象的臼齿化石——象类不但有高冠齿，而且像鲨鱼一样前赴后继地长新牙，一生中平均可以更换 6 批
不过，一般的哺乳动物会从乳牙换到恒牙，却与磨损关系不大。以人类为例，实际上除了龋齿，我们从没见过孩子的乳牙有过显著的磨损。
真正迫切的换牙原因是人类的颅骨在成年以前会迅速增大，但牙齿不能增粗，如果继续保留乳牙，牙缝就会变宽，不但容易龋齿和感染，孤立无援的单个牙齿也变得更易折断——把乳牙换成更大更多的恒牙就可以良好地解决这个问题了。
换牙期的儿童牙齿和成年人的恒牙——人类换牙时乳牙牙根主动溶解，恒牙从下方顶替，另外增加的侧门齿和臼齿从颌骨中另外萌发
另外，哺乳动物也有不换的牙，比如兔子和啮齿动物的门牙：它们使用得太频繁，牙齿一旦脱落，生存就十分困难，所以它们的门牙进化成了不断延长的牙齿，以适应一辈子的磨损。
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