Estudo revela por que os dentes de sabre evoluíram repetidamente em predadores pré-históricos: WebCuriosos

Dentes de sabre – os caninos longos e afiados em forma de lâmina encontrados em predadores extintos, como Smilodon – representam uma das adaptações dentárias mais extremas da natureza.

Eles evoluíram pelo menos cinco vezes ao longo da história dos mamíferos e são um exemplo clássico de convergência, que ocorre quando estruturas semelhantes evoluem independentemente em grupos de animais não relacionados.

Sem representantes vivos, os cientistas há muito debatido como esses predadores usavam seus dentes temíveis e por que esse formato extremo de dente evoluiu com tanta frequência.

Nosso novo estudo, publicado hoje na Current Biologyfornece uma resposta. Descobrimos que os dentes de sabre extremos são funcionalmente ideais, o que significa que seu formato proporciona uma vantagem real como armas especializadas.

Suas formas delgadas e afiadas eram perfeitas para perfurar presas. No entanto, isso teve um custo: os dentes de sabre também eram mais fracos e mais propensos a quebrar.

Estas descobertas são importantes porque nos ajudam a compreender melhor como as adaptações extremas evoluem na natureza. Eles também oferecem insights sobre princípios de design ideais que vão além da biologia, chegando à engenharia e à tecnologia.

Predadores com dentes de sabre ao longo do tempo

Predadores com dentes de sabre já percorreram ecossistemas ao redor do globo. Seus fósseis foram encontrados na América do Norte, Europa, África e Ásia.

A característica que os define são os sabres, um tipo distinto de dente canino. Esses dentes são longos, afiados, comprimidos lateralmente (achatados nas laterais) e curvos.

Isso é diferente dos caninos curtos, robustos e cônicos dos grandes felinos modernos, como leões e tigres.

Este dente icônico é mais antigo que os dinossauros. Ele apareceu pela primeira vez há cerca de 265 milhões de anos em um grupo de répteis semelhantes a mamíferos chamados gorgonopsídeos.

Ao longo de milhões de anos, os dentes de sabre evoluíram repetidamente em diferentes grupos de mamíferos carnívoros, parentes marsupiais como Tilacosmilus e “falsos” gatos dente-de-sabre, como Barborofel.

O predador dente-de-sabre mais conhecido é Smilodon. Persistiu até apenas 10.000 anos atrás.

Você pode ver um modelo 3D de um desses predadores – Smilodon fatal – abaixo. Este modelo foi digitalizado a partir de um espécime fundido do Museu de História Natural do Condado de Los Angeles.

Com base em extensas pesquisas sobre a ecologia dos dentes de sabre, há um consenso geral de que esses predadores tinham como alvo principal presas grandes, desferindo mordidas cortantes nos tecidos moles da garganta, alimentadas por fortes músculos do pescoço.

Pensa-se que seus dentes ofereciam uma vantagem ao fazer isso, ajudando-os a desferir a mordida mortal.

Essa ideia é o que nos propusemos a investigar.

Testando a compensação entre resistência à perfuração

Especificamente, testamos se a sua forma era um equilíbrio ideal entre duas necessidades concorrentes relacionadas com a função dentária. Primeiro, ser afiado e esguio o suficiente para perfurar a presa com eficácia. Segundo, ser forte e robusto o suficiente para resistir à quebra.

Para investigar isso, conduzimos uma análise em larga escala de mais de 200 dentes diferentes de carnívoros, incluindo espécies extintas com dentes de sabre e animais modernos.

Primeiro, medimos sua forma 3D para mostrar como os dentes de sabre se comparam a outros carnívoros. Em seguida, testamos o desempenho de um subconjunto desses dentes durante a mordida por meio de dois experimentos.

Imprimimos modelos de dentes em 3D em aço inoxidável e os colocamos em um bloco de gelatina (simulando carne de presa) para medir quanta força era necessária para perfurar. Utilizamos réplicas de metal para evitar a flexão dos dentes durante o experimento, garantindo medições precisas da força de punção.

Também realizamos simulações de engenharia para testar a quantidade de estresse que diferentes formatos de dentes sofrem sob forças de mordida. Isso revelou sua probabilidade de quebrar.

Finalmente, realizamos um teste de “otimização” para determinar quais formatos de dentes atingiram o melhor equilíbrio entre eficiência e resistência da punção.

Formas extremas de dente de sabre são ideais

Em termos da forma do dente-de-sabre, os nossos resultados desafiam a ideia tradicional de que estes predadores se enquadravam em apenas duas categorias: com dentes de punhal, que são longos e delgados, e com dentes de cimitarra, que são curtos e comprimidos lateralmente.

Em vez disso, descobrimos um continuum de formas de dentes de sabre. Isso variava de formas extremas, como os caninos longos e curvos de Barbourofelis, Smilodon e Hopolofoneaté formas menos extremas, como os dentes mais retos e robustos dos Dinofelis e Nimravo.

Nossos resultados revelam que as formas extremas de dentes de sabre, como Smilodonforam otimizados para perfurar presas com força mínima. No entanto, eles eram mais propensos a quebrar sob alto estresse.

Formas de dentes de sabre menos extremas, como Dinofelistambém foram ótimos, mas de uma maneira diferente. Eles alcançaram um compromisso mais equilibrado entre eficiência e resistência da punção.

O fato de que diferentes espécies de dentes de sabre desenvolveram equilíbrios variados entre eficiência e força de punção sugere uma gama mais ampla de estratégias de caça do que se pensava anteriormente. Isto apoia um crescente corpo de pesquisas sobre sua diversidade ecológica.

Uma solução impressionante

Esses resultados ajudam a explicar por que os dentes de sabre extremos evoluíram tantas vezes, provavelmente impulsionados pela seleção natural para um design ideal. Eles também fornecem uma possível explicação para seu eventual desaparecimento.

A sua crescente especialização pode ter funcionado como uma “catraca evolutiva”, tornando-os caçadores altamente eficazes, mas também mais vulneráveis ​​à extinção quando os ecossistemas mudaram e as suas presas se tornaram escassas.

Nosso estudo também fornece insights mais amplos sobre como as adaptações extremas evoluem em outras espécies. Ao integrar a biomecânica com a teoria evolucionista, podemos compreender melhor como a seleção natural molda os organismos para realizar tarefas especializadas.

A forma do dente de sabre representa uma solução impressionante para um desafio mecânico fundamental, equilibrando eficiência com resistência – algo que também se reflete em ferramentas feitas pelo homem.

Este compromisso entre afiação e durabilidade é uma consideração fundamental na engenharia, influenciando o design de tudo, desde bisturis cirúrgicos até lâminas de corte industriais.

Os engenheiros que desenvolvem ferramentas de precisão, como agulhas hipodérmicas ou instrumentos de corte de alto desempenho, podem buscar inspiração nas soluções evolutivas da natureza, aplicando os mesmos princípios que moldaram esses predadores pré-históricos.

A autora trabalha atualmente na Universidade de Bristol e agradece o generoso apoio que recebeu deles ao longo da pesquisa.

Tahlia Pollockpesquisador de pós-doutorado, Laboratório Evans EvoMorph, Universidade Monash

Este artigo foi republicado de A conversa sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.