I fossili di stato della California sono familiari a chiunque abbia mai visitato La Brea Tar Pits di Los Angeles, una trappola appiccicosa da cui sono stati rinvenuti più di 2.000 teschi di gatti dai denti a sciabola nel corso di più di un secolo.
Sebbene pochi dei teschi recuperati avessero delle sciabole attaccate, una manciata mostrava una caratteristica peculiare:l'alveolo della sciabola era occupato da due denti, con il dente permanente incastrato in una scanalatura nel dente da latte.
Il paleontologo Jack Tseng, professore associato di biologia integrativa presso l'Università della California, Berkeley, non pensa che le doppie zanne siano state un colpo di fortuna.
Nove anni fa, insieme ad alcuni colleghi, ipotizzò che il dente da latte aiutasse a stabilizzare il dente permanente contro la rottura laterale durante l'eruzione. I ricercatori hanno interpretato i dati sulla crescita del gatto dai denti a sciabola come se i due denti esistessero fianco a fianco per un massimo di 30 mesi durante l'adolescenza dell'animale, dopodiché il dente da latte cadeva.
In un nuovo articolo pubblicato sulla rivista The Anatomical Record , Tseng fornisce la prima prova che il dente a sciabola da solo sarebbe stato sempre più vulnerabile alla rottura laterale durante l'eruzione, ma che un dente da latte o da latte accanto lo avrebbe reso molto più stabile.
Le prove consistono nella modellazione computerizzata della resistenza e della rigidità dei denti a sciabola contro la flessione laterale e nel test effettivo e nella rottura di modelli in plastica dei denti a sciabola.
"Questo nuovo studio è una conferma - un test fisico e di simulazione - di un'idea che alcuni collaboratori e io abbiamo pubblicato un paio di anni fa:che il momento dell'eruzione delle sciabole è stato modificato per consentire una fase a doppia zanna", ha affermato Tseng, che è curatore del Museo di Paleontologia della UC.
"Immaginate una sequenza temporale in cui i canini da latte escono e, quando finiscono di eruttare, il canino permanente esce e supera il canino da latte, spingendolo infine fuori. E se questo dente da latte, per i circa 30 mesi in cui è stato all'interno della bocca, proprio accanto a questo dente permanente, c'era un contrafforte meccanico?"
Egli ipotizza che l'insolita presenza del cucciolo di canino - uno dei denti decidui che tutti i mammiferi crescono e perdono in età adulta - molto tempo dopo l'eruzione del dente a sciabola permanente abbia protetto la sciabola mentre i gatti in maturazione imparavano a cacciare senza danneggiarli.
Alla fine, il dente da latte cadrebbe e l'adulto perderebbe il supporto della sciabola, presumibilmente avendo imparato a stare attento con la sciabola. I paleontologi non sanno ancora come gli animali dai denti a sciabola come lo Smilodonte cacciassero le prede senza rompere le loro ingombranti sciabole.
"La fase della doppia zanna probabilmente merita di essere riconsiderata ora che ho dimostrato che esiste questa potenziale polizza assicurativa, questa gamma più ampia di protezione", ha affermato.
"Permette all'equivalente dei nostri adolescenti di sperimentare, di correre rischi, essenzialmente di imparare come essere un predatore adulto e a tutti gli effetti. Penso che questo raffina, anche se non risolve, pensando alla crescita dei denti a sciabola utilizzare e cacciare attraverso una lente meccanica."
Lo studio ha anche implicazioni sul modo in cui i gatti dai denti a sciabola e altri animali dai denti a sciabola cacciavano da adulti, presumibilmente usando le loro abilità predatorie e i muscoli forti per compensare i canini vulnerabili.
Grazie alla ricchezza di fossili di gatti dai denti a sciabola, che comprendono molte migliaia di parti scheletriche oltre ai teschi, rinvenuti nelle pozze di catrame di La Brea, gli scienziati sanno molto di più sullo Smilodon fatalis che su qualsiasi altro animale dai denti a sciabola, anche se almeno cinque lignaggi separati di animali dai denti a sciabola si sono evoluti in tutto il mondo. Lo Smilodon vagò ampiamente in tutto il Nord America e nell'America Centrale, estinguendosi circa 10.000 anni fa.
Eppure i paleontologi sono ancora confusi dal fatto che gli animali adulti con coltelli a lama sottile per i canini apparentemente evitavano di romperli frequentemente nonostante le forze laterali probabilmente generate durante il morso. Uno studio sui fossili dei predatori di La Brea ha scoperto che durante i periodi di scarsità di animali, i gatti dai denti a sciabola rompevano i denti più spesso che nei periodi di abbondanza, forse a causa di strategie di alimentazione alterate.
Gli esemplari con doppie zanne rinvenuti a La Brea, considerati rari casi di individui con perdita ritardata del dente da latte, hanno dato a Tseng un'idea diversa:avevano uno scopo evolutivo.
Per testare la sua ipotesi, ha utilizzato la teoria delle travi, un tipo di analisi ingegneristica ampiamente utilizzata per modellare strutture che vanno dai ponti ai materiali da costruzione, per modellare i denti a sciabola della vita reale. Questo è combinato con l'analisi degli elementi finiti, che utilizza modelli computerizzati per simulare le forze laterali che un dente a sciabola potrebbe sopportare prima di rompersi.
"Secondo la teoria delle travi, quando si piega una struttura a lama lateralmente nella direzione della loro dimensione più stretta, sono molto più deboli rispetto alla direzione principale della forza", ha detto Tseng. "Le interpretazioni precedenti su come i denti a sciabola potrebbero aver cacciato usano questo come vincolo. Non importa come usano i denti, non potrebbero averli piegati molto in direzione laterale."
Ha scoperto che mentre la forza di flessione della sciabola – quanta forza può sopportare prima di rompersi – rimaneva più o meno la stessa durante tutto il suo allungamento, la rigidità della sciabola – la sua deflessione sotto una data forza – diminuiva con l'aumentare della lunghezza. In sostanza, man mano che il dente si allungava, era più facile piegarsi, aumentando la possibilità di rottura.
Aggiungendo un dente da latte di supporto nel modello della teoria della trave, tuttavia, la rigidità della sciabola permanente ha tenuto il passo con la resistenza alla flessione, riducendo la possibilità di rottura.
"Durante il periodo in cui il dente permanente erutta insieme a quello da latte, è più o meno il momento in cui si passa dalla larghezza massima a quella relativamente più stretta, quando quel dente diventerà più debole", ha detto Tseng. "Quando aggiungi una larghezza aggiuntiva all'equazione della teoria della trave per tenere conto della piccola sciabola, la rigidità complessiva si allinea più strettamente all'ottimale teorico."
Sebbene non riportato nel documento, ha anche stampato repliche in resina di denti a sciabola e ne ha testato la resistenza alla flessione e la rigidità su una macchina progettata per misurare la resistenza alla trazione. I risultati di questi test rispecchiavano le conclusioni delle simulazioni al computer. Spera di stampare repliche in 3D da materiale dentale più realistico per simulare in modo più accurato la forza dei denti veri.
Tseng ha osservato che lo stesso sistema di stabilizzazione canino potrebbe essersi evoluto in altri animali dai denti a sciabola. Sebbene nei reperti fossili non sia stato trovato alcun esempio di doppie zanne in altre specie, alcuni teschi sono stati trovati con denti adulti in altre parti delle mascelle ma denti da latte nel punto in cui sarebbe esplosa la sciabola.
"Quello che vediamo sono canini da latte conservati su esemplari con dentatura altrimenti adulta, il che suggerisce una ritenzione prolungata di quei canini da latte mentre il dente adulto, le sciabole, sta per eruttare o sta per scoppiare", ha detto.
Ulteriori informazioni: Z. Jack Tseng, Cambiamenti nelle prestazioni di flessione durante un'eruzione canina prolungata nei carnivori dai denti a sciabola:un caso di studio di Smilodon fatalis, The Anatomical Record (2024). DOI:10.1002/ar.25447
Fornito dall'Università della California - Berkeley
