Mediante el uso de réplicas impresas en 3D de dientes y polímeros de mamíferos de 200 millones de años que imitan a las presas de insectos, los científicos de la Universidad de Massachusetts Amherst ofrecen esta semana la primera evidencia probada en el laboratorio de que la capacidad de los dientes para dañar a las presas es unfactor más significativo que impulsa los cambios evolutivos en la forma del diente que la fuerza de la mordida o el gasto de energía del animal.
Este hallazgo inesperado debería cambiar la forma en que los biólogos ven la selección natural a medida que se estudia a través de la morfología dental, dicen los autores. La forma del diente está relacionada con la dieta y la biomecánica de la alimentación, y gran parte de lo que se sabe sobre la evolución temprana de los mamíferos proviene de sulos dientes fosilizados, señalan. Los detalles aparecen en la edición en línea actual de la revista British Royal Society, interfaz .
El estudiante de doctorado de biología evolutiva Andrew John Conith y su asesora Elizabeth Dumont, con los científicos poliméricos Alfred Crosby y el estudiante graduado Michael Imburgia, querían comprender mejor cómo la forma del diente influyó en la dieta en los primeros mamíferos. Dumont y Crosby son miembros del Centro para la EvoluciónMateriales en UMass Amherst, donde los investigadores aplican el pensamiento biológico a problemas de ingeniería.
El equipo utilizó réplicas impresas en 3D de molares de 200 millones de años en sus pruebas para simular una mordedura. Los dientes provenían de dos especies de mamíferos primitivos como la musaraña, el primitivo Morganucodon y el Kuehneotherium más avanzado. Ambas especies, consideradasejemplares de la evolución temprana de los mamíferos, estaban bajo los pies cuando los dinosaurios vagaron por la Tierra en el Período Triásico.
Conith dice: "La gran pregunta aquí es por qué los dientes se ven como se ven. La mayor parte del trabajo sobre la evolución temprana de los dientes de mamíferos ha sido descripciones de cómo se ven y cómo podrían funcionar como herramientas para morder y aplastar insectos.Dimos un paso más allá, para hacer estas herramientas y probarlas. Fusionamos dos tecnologías modernas y utilizamos impresiones 3D de dientes para 'morder' en geles de polímero con una corteza similar a un exoesqueleto que imitaba con precisión a los insectos ".
Agrega, "En base a estos experimentos, creemos que el factor en el que trabajó la selección natural fue la capacidad de separar los alimentos, y esa selección para el daño máximo es el determinante principal de la forma del diente".
Hasta ahora, la mayoría de las investigaciones han ignorado el daño a favor de investigar la fuerza y la energía basándose en el supuesto de que la selección favoreció a los animales que gastan la menor fuerza y energía, dice Conith. "Pero creo que la gente necesitará reconsiderar estos parámetros típicos y ahorapensar más críticamente sobre el daño. Es una consideración importante. No hemos reescrito el libro, pero hemos agregado un nuevo capítulo ".
Para imitar a las presas de los insectos en experimentos que documentan la fuerza de mordedura, la eficiencia energética y el daño de las mordazas de Morganucodon y Kuehneotherium, los investigadores construyeron rectángulos rellenos de gel con forma de barra de caramelo recubiertos con una cubierta de polímero para imitar el exoesqueleto de un insecto. Basado en factores en elEn la literatura, construyeron dos "insectos proxy" de polímeros, uno de capa dura y otro de capa más blanda, y realizaron 10 experimentos para cada tipo utilizando formas molares de Morganucodon y Kuehneotherium.
Utilizaron una máquina de prueba de fuerza para morder los insectos proxy entre las réplicas de dientes impresas en 3D de una mandíbula superior e inferior. Los investigadores midieron la fuerza, el trabajo realizado energía y el daño infligido a los geles. Para evaluar el daño que midieronlas grietas y fracturas en el recubrimiento de polímero de fotografías digitales después de una prueba de mordedura.
Los autores informan que el modelo Morganucodon más primitivo requería menos fuerza y energía para fracturar geles duros, mientras que Kuehneotherium requería menos fuerza y energía para fracturar geles blandos ". Más importante aún, Kuehneotherium también infligió más daño tanto a los geles duros como a los geles blandos.Estos resultados sugieren que los cambios en la forma del diente en algunos de los primeros mamíferos se debieron principalmente a la selección para maximizar el daño, y en segundo lugar para maximizar los parámetros biomecánicos como la fuerza o la energía ", escriben Conith y sus colegas.
Agrega: "Cuando comenzamos este proyecto pensamos que solo reportaríamos los resultados de la fuerza y la energía, nunca pensamos en el daño. No pensamos hasta que realmente vimos la destrucción que Kuehneotherium podría infligir a nuestros insectos modelo que pensamossería interesante medirlo. En ciencia, sus ideas generales pueden ser correctas, pero los detalles pueden ser mucho más complejos ".
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Materiales proporcionado por Universidad de Massachusetts en Amherst . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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