Beviser tyder på sabeltandede katte holdt fast i deres mælketænder for at stabilisere deres sabler

Californiens statsfossil – er velkendte for alle, der nogensinde har besøgt Los Angeles' La Brea Tar Pits, en klæbrig fælde, hvorfra mere end 2.000 sabeltandede kattekranier er blevet udgravet gennem mere end et århundrede.

Selvom kun få af de genoprettede kranier havde sat sabler på, udviste en håndfuld et ejendommeligt træk:Tandskålen til sablen var optaget af to tænder, med den permanente tand indsat i en rille i mælketanden.

Palæontolog Jack Tseng, lektor i integrativ biologi ved University of California, Berkeley, mener ikke, at de dobbelte hugtænder var et lykketræf.

For ni år siden spekulerede han sammen med et par kolleger i, at mælketanden var med til at stabilisere den permanente tand mod sidelæns brud, da den brød ud. Forskerne tolkede vækstdata for den sabeltandede kat til at antyde, at de to tænder eksisterede side om side i op til 30 måneder i dyrets ungdomsår, hvorefter mælketanden faldt ud.

I et nyt papir offentliggjort i tidsskriftet The Anatomical Record , giver Tseng det første bevis på, at sabeltanden alene ville have været mere og mere sårbar over for lateral brud under udbrud, men at en baby- eller mælketand ved siden af ​​ville have gjort den meget mere stabil.

Beviset består af computermodellering af sabeltands styrke og stivhed mod sideværts bøjning, og faktisk test og brud af plastikmodeller af sabeltænder.

"Denne nye undersøgelse er en bekræftelse - en fysisk og simulationstest - på en idé, som nogle samarbejdspartnere og jeg offentliggjorde for et par år siden:at tidspunktet for sablernes udbrud er blevet justeret for at tillade et dobbeltfangsstadium," sagde Tseng, der er kurator i UC Museum of Palæontology.

"Forestil dig en tidslinje, hvor du har mælkehunden på vej ud, og når den er færdig med at bryde ud, kommer den permanente hund ud og overhaler mælkehunden og til sidst skubber den ud. Hvad nu hvis denne mælketand, i de 30 måneder, den var inde i munden lige ved siden af ​​denne permanente tand, var der en mekanisk støtte?"

Han spekulerer i, at den usædvanlige tilstedeværelse af hundeungen – en af ​​mælketænderne alle pattedyr vokser og mister i voksenalderen – længe efter den permanente sabeltand brød ud, beskyttede sablen, mens de modne katte lærte at jage uden at beskadige dem.

Til sidst ville mælketanden falde ud, og den voksne ville miste sabelstøtten, formentlig efter at have lært at være forsigtig med sin sabel. Palæontologer ved stadig ikke, hvordan sabeltandede dyr som Smilodon jagede bytte uden at brække deres uhåndterlige sabler.

"Dobbeltfangsstadiet er nok værd at genoverveje nu, hvor jeg har vist, at der er en potentiel forsikringspolice, denne bredere vifte af beskyttelse," sagde han.

"Det tillader, hvad der svarer til vores teenagere at eksperimentere, at tage risici, i det væsentlige for at lære at være et fuldvoksen, fuldt udbygget rovdyr. Jeg tror, ​​at dette forfiner, selvom det ikke løser, at tænke på væksten af ​​sabeltand. brug og jagt gennem en mekanisk linse."

Undersøgelsen har også betydning for, hvordan sabeltandede katte og andre sabeltandede dyr jagede som voksne, formodentlig ved at bruge deres rovvilje og stærke muskler til at kompensere for sårbare hjørnetænder.

Stråleteori

Takket være rigdommen af ​​sabeltandede kattefossiler, som omfatter mange tusinde skeletdele foruden kranier, udgravet fra La Brea Tar Pits, ved forskerne meget mere om Smilodon fatalis end om noget andet sabeltandet dyr, selvom mindst fem separate slægter af sabeltandede dyr udviklede sig rundt om i verden. Smilodon strejfede vidt omkring i Nordamerika og ind i Mellemamerika og uddøde for omkring 10.000 år siden.

Alligevel er palæontologer stadig forvirrede over den kendsgerning, at voksne dyr med tyndbladede knive til hjørnetænder tilsyneladende undgik at knække dem ofte på trods af de sideværts kræfter, der sandsynligvis genereres under bidning. En undersøgelse af La Brea rovdyrfossiler viste, at sabeltandede katte i perioder med dyreknaphed brækkede deres tænder oftere end i tider med overflod, måske på grund af ændrede fodringsstrategier.

De dobbeltfangede prøver fra La Brea, som er blevet betragtet som sjældne tilfælde af individer med forsinket tab af mælketanden, gav Tseng en anden idé – at de havde et evolutionært formål.

For at teste sin hypotese brugte han stråleteori - en type ingeniøranalyse, der anvendes bredt til at modellere strukturer lige fra broer til byggematerialer - til at modellere virkelige sabeltænder. Dette kombineres med finite element-analyse, som bruger computermodeller til at simulere de sideværts kræfter, en sabeltand kunne modstå, før den knækker.

"Ifølge stråleteori, når du bøjer en bladlignende struktur sideværts i retning af deres smallere dimension, er de en del svagere sammenlignet med hovedstyrkens retning," sagde Tseng. "Tidligere fortolkninger af, hvordan sabeltænder kan have jaget, bruger dette som en begrænsning. Uanset hvordan de bruger deres tænder, kunne de ikke have bøjet dem meget i en lateral retning."

Han fandt ud af, at mens sablens bøjningsstyrke - hvor meget kraft den kan modstå, før den knækker - forblev nogenlunde den samme gennem hele dens forlængelse, faldt sablens stivhed - dens afbøjning under en given kraft - med stigende længde. I bund og grund, efterhånden som tanden blev længere, var den lettere at bøje, hvilket øgede chancen for brud.

Ved at tilføje en støttende mælketand i stråleteori-modellen holdt stivheden af ​​den permanente sabel imidlertid trit med bøjningsstyrken, hvilket reducerede risikoen for at knække.

"I den periode, hvor den permanente tand bryder ud sammen med mælken, er det omkring det tidspunkt, hvor du skifter fra maksimal bredde til den relativt smallere bredde, hvor tanden bliver svagere," sagde Tseng. "Når du tilføjer en ekstra bredde tilbage i stråleteori-ligningen for at tage højde for babysablen, er den samlede stivhed tættere på linje med teoretisk optimal."

Selvom det ikke er rapporteret i avisen, 3D-printede han også harpiksreplikaer af sabeltænder og testede deres bøjningsstyrke og stivhed på en maskine designet til at måle trækstyrke. Resultaterne af disse test afspejlede konklusionerne fra computersimuleringerne. Han håber at kunne 3D-printe kopier fra mere naturtro dentalt materiale for mere præcist at simulere styrken af ​​rigtige tænder.

Tseng bemærkede, at det samme hundestabiliseringssystem kan have udviklet sig i andre sabeltandede dyr. Selvom der ikke er fundet eksempler på dobbelte hugtænder hos andre arter i fossiloptegnelsen, er der fundet nogle kranier med voksne tænder andre steder i kæberne, men mælketænder, hvor sablen ville bryde ud.

"Det, vi ser, er mælketænder konserveret på prøver med ellers voksentand, hvilket tyder på en langvarig tilbageholdelse af disse mælketænder, mens den voksne tand, sablerne, enten er ved at bryde ud eller bryde ud," sagde han.

Flere oplysninger: Z. Jack Tseng, Ændringer i bøjningsydelsen under forlænget hundeudbrud hos sabeltandede kødædere:Et casestudie af Smilodon fatalis, The Anatomical Record (2024). DOI:10.1002/ar.25447

Leveret af University of California - Berkeley