Dientes de sable: caninos largos, afilados y con forma de cuchilla que se encuentran en depredadores extintos Smilodón – representa una de las transformaciones dentales más extremas de la naturaleza.
Han evolucionado al menos cinco veces a lo largo de la historia de los mamíferos y son un ejemplo clásico de convergencia, cuando estructuras similares evolucionan de forma independiente en grupos de animales no relacionados.
Sin representantes vivos, los científicos han debatido durante mucho tiempo cómo estos depredadores usaban sus temibles dientes y por qué esta forma extrema de dientes evolucionó con tanta frecuencia.
Nuestro nuevo estudio, publicado hoy en Current Biology, proporciona la respuesta. Descubrimos que los afilados dientes de sable eran funcionalmente adecuados, lo que significa que su forma proporcionaba una ventaja real como armas especializadas.
Sus formas esbeltas y afiladas son perfectas para perforar a sus presas. Sin embargo, esto tuvo un costo: los dientes de sable eran frágiles y era más probable que se rompieran.
Estos descubrimientos son importantes porque nos ayudan a comprender mejor cómo evolucionan las adaptaciones extremas en la naturaleza. También ofrecen información sobre los mejores principios de diseño que se extienden más allá de la biología hasta la ingeniería y la tecnología.
Un depredador con dientes de sable a través del tiempo
Los depredadores con dientes de sable alguna vez vagaron por los ecosistemas de todo el mundo. Sus fósiles se han encontrado en América del Norte, Europa, África y Asia.
Su característica definitoria son sus sables, un tipo distinto de colmillo. Estos dientes son largos, afilados, comprimidos lateralmente (aplanados por los lados) y curvados.
Esto contrasta con los caninos pequeños, robustos y cónicos de los grandes felinos modernos, como los leones y los tigres.
Este diente icónico es más antiguo que los dinosaurios. Apareció por primera vez hace 265 millones de años en un grupo de reptiles parecidos a mamíferos llamados Gorgonópsidos.
Durante millones de años, los dientes de sable evolucionaron repetidamente en varios grupos de mamíferos carnívoros, como sus parientes marsupiales. tilacosmilus y gatos «falsos» con dientes de sable barborofel.
El depredador con dientes de sable más famoso. Smilodón. Continuó hasta hace apenas 10.000 años.
Puedes ver el modelo 3D de estos depredadores. Smilodon es mortal – abajo. Este espécimen fue digitalizado a partir de un espécimen fundido del Museo de Historia Natural del Condado de Los Ángeles.
Basado en una extensa investigación sobre la ecología de los dientes de sable, existe un consenso general de que estos depredadores se dirigen principalmente a presas grandes, realizando cortes en los tejidos blandos de la garganta impulsados por fuertes músculos del cuello.
Se cree que sus dientes se benefician al hacer esto, ayudándoles a dar el mordisco mortal.
Vamos a investigar este tema.
Examinando el equilibrio entre la resistencia a los pinchazos
Específicamente, probamos si su forma es un equilibrio óptimo entre dos necesidades en competencia relacionadas con la función dental. En primer lugar, es lo suficientemente afilado y delgado como para perforar eficazmente a su presa. En segundo lugar, ser lo suficientemente fuerte y robusto para resistir roturas.
Para investigar esto, realizamos un análisis a gran escala de más de 200 dientes de carnívoros diferentes, incluidas especies extintas de dientes de sable y animales modernos.
Primero, medimos la forma 3D de los dientes de sable para mostrar cómo se comparan con otros carnívoros. Probamos cómo se comportaba este subconjunto de dientes durante la mordida mediante dos experimentos.
Imprimimos en 3D modelos de dientes en acero inoxidable y los introdujimos en un bloque de gelatina (que imita la carne de venado) para medir cuánta fuerza se necesitaba para perforar. Utilizamos réplicas de metal para evitar que los dientes se doblen durante el experimento, asegurando mediciones precisas de la fuerza de punción.
También realizamos simulaciones de ingeniería para examinar cuánta tensión experimentan diferentes formas de dientes bajo las fuerzas de mordida. Esto expuso su potencial de ruptura.
Finalmente, realizamos una prueba de «idoneidad» para determinar qué formas de dientes lograban el mejor equilibrio entre eficiencia y potencia de punción.
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Las formas extremas con dientes de sable son ideales
Con respecto a la forma de los dientes de sable, nuestros resultados desafían la idea convencional de que estos depredadores se dividen en sólo dos clases: los de dientes oscuros, que son largos y delgados, y los de dientes de cimitarra, que son cortos y comprimidos lateralmente.
En cambio, descubrimos un continuo de formas de dientes de sable. Estos van desde formas extremas como caninos largos y curvos. Barborofelis, Smilodón Y HopolofonoPara formas menos severas, como dientes más rectos y robustos. dinofelis Y Nimravs.
Nuestros resultados revelan que las formas severas con dientes de sable son tan SmilodónOptimizado para perforar presas con una fuerza mínima. Sin embargo, es más probable que se rompan bajo alta presión.
Formas menos graves con dientes de sable, por ejemplo. dinofelisExcelente pero de una manera diferente. Logran un equilibrio más equilibrado entre eficiencia y potencia de punción.
El hecho de que diferentes especies de dientes de sable hayan desarrollado diferentes equilibrios entre eficiencia y potencia de punción sugiere una gama más amplia de estrategias de caza de lo que se pensaba anteriormente. Esto apoya la creciente investigación sobre su diversidad ecológica.
Una solución sorprendente
Estos resultados ayudan a explicar por qué los dientes de sable extremos han evolucionado tantas veces, impulsados por la selección natural para lograr un diseño óptimo. También ofrece una posible explicación de su eventual desaparición.
Su creciente especialización puede haber actuado como un «trinquete evolutivo», haciéndolos cazadores más eficientes, pero también más vulnerables a la extinción cuando los ecosistemas cambiaron y sus presas se volvieron escasas.
Nuestro estudio proporciona información amplia sobre cómo evolucionan las mutaciones extremas en otras especies. Al combinar la biomecánica con la teoría de la evolución, podemos comprender mejor cómo la selección natural da forma a los organismos para que realicen funciones especializadas.
La forma de dientes de sable representa una solución importante al desafío mecánico fundamental de equilibrar la eficiencia con la fuerza, un desafío que se refleja en las herramientas hechas por el hombre.
Este equilibrio entre filo y durabilidad es una consideración importante en ingeniería, que influye en el diseño de todo, desde bisturíes quirúrgicos hasta hojas de corte industriales.
Los ingenieros que desarrollan herramientas de precisión como agujas hipodérmicas o herramientas de corte de alto rendimiento pueden buscar inspiración en las soluciones evolutivas de la naturaleza aplicando los mismos principios que dieron forma a estos depredadores prehistóricos.
Los autores trabajan actualmente en la Universidad de Bristol y agradecen el generoso apoyo que recibieron durante el transcurso de la investigación.
Tahlia Pollock, investigadora postdoctoral, Laboratorio Evans Evomorph, Universidad de Monash
Este artículo se vuelve a publicar desde The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original.
