A növényevő (növényevő) emlősök evolúciójának jellemzése a fogtribológia segítségével

A növényevő (növényevő) emlősök ökológiáját táplálkozási magatartással vizsgálják. A Dental Microwear Texture Analysis (DMTA) egy olyan módszer, amelyet fogászati ​​adatok készítéséhez használnak az étrendi szokások rekonstruálására. Az állatok fosszilis maradványait kutató tudósok (paleontológusok) gyakran megpróbálják azonosítani az evolúció mögött meghúzódó mechanizmusokat. A fosszilis adatokkal gyakran rekonstruálják az ökológiai és környezeti modelleket.

Számos paraméter (táplálékösszetétel, mechanikus tápláléktulajdonságok és az étrendi összetétel változásai) hatásait a fogak kopásának mikroszkopikus skálán (fogászati ​​mikrohullámú textúrák) részletesen tanulmányozzuk a juhokon végzett ellenőrzött táplálékvizsgálatoknak köszönhetően. A következő lépéseket tették egy legitim étrendi rekonstrukciós modell kidolgozásának lehetővé tétele érdekében:

  • Fogászati ​​mikrohullám-textúra adatgyűjtés a kezdeti modell kidolgozásához használt házi juhokon végzett ellenőrzött táplálékkísérletekből;
  • A modell validálása és továbbfejlesztése a vadon élő, növényevő emlősök mai közösségének textúrájú adataival kérődzők (párosujjú, patás emlősök, például házi szarvasmarha, bölények és szarvasok) példájával a lengyelországi Białowieża őserdőben; és
  • Az validált modell alkalmazása jól megőrzött antilopok kövületeire, amelyek 8 millió évvel ezelőtt éltek Görögország északi részén.

    növényevő

    Szerzői

    Témák és címkék

    Bevezetés

    Az állatok etetéskor kölcsönhatásba lépnek élőhelyükkel. Az állat ökológiájának rekonstrukciója érdekében elengedhetetlen az étrend követése. Az elhunyt állat legtöbb lágy szövete ritkán marad jól megőrzött a fosszilis nyilvántartásban. Gyakran a fogak az állat emésztőrendszerének egyetlen jól megőrzött szerve, és mint ilyen értékes értékes információforrás lehet egy megkövesedett állat ökológiájának rekonstruálásához. A fogak bizonyos jellemzői nagyjából jelzik, hogy az állat mit evett. Ezek a jellemzők a metszőméret, a szemfog alakja, a zománcvastagság, a moláris és a premoláris hosszúság aránya, valamint a moláris hypsodontia (magas koronás fogak, a zománc messze túlnyúlik az ínyvonalon) index. Ezek a módszerek azonban nem azt tükrözik, hogy az állat valóban mit evett, hanem azt, hogy mit képes megenni.

    A paleontológiában alkalmazott alternatív megközelítések (a fog alakjától függetlenül) lehetővé teszik a kihalt (kihalt) fajok és környezetek táplálkozási preferenciáinak fajfüggetlen rekonstrukcióját. Ezen technikák között szerepel a Dental Microwear Textural Analysis (DMTA) [1]. Empirikus vizsgálatokból ismert, hogy a fogzománc mikrohullámú textúrái az állat étrendjének ételtípusaitól függenek (1. ábra).

    A fogászati ​​mikrohullámú textúrák és az étel mechanikai tulajdonságai közötti összefüggésekről azonban nagyon keveset tudni. Feltették a kérdést, hogy a fogászati ​​mikrohullámú textúrák jobban tükrözik-e a globális étrendet, vagy inkább a kis mennyiségű „tartalék” ételeket (amikor az előnyben részesített élelmiszerek már nem állnak rendelkezésre), azaz kemény gyökereket, kemény magokat, kemény és csiszoló gyógynövényeket. Továbbá még mindig nagyon keveset tudunk a fogak mikrohullámú textúráinak az étrend megváltozása miatti forgalmáról. Ezek a döntő pontok jobb tisztázást igényelnek, ha a fosszíliákból származó adatok véletlenszerű és elfogult mintavételének pontosabb értelmezésére van szükség.

    A paleontológusokat és az ökológusokat végső soron arra ösztönzik, hogy azonosítsák az evolúció mechanizmusait, és olyan modelleket dolgozzanak ki, amelyek egy adott időszakban rekonstruálják egy régió ökológiáját. Ezek az ökológiai modellek hasznos adatokkal járulhatnak hozzá a klímaváltozás tanulmányozásához.

    Adatgyűjtés és elemzés

    A fogakat először acetonnal tisztították, hogy eltávolítsák a meglévő fajok mintáin található porokat. Néha ragasztót használtak a terepen vagy a laboratóriumban a kövületek előkészítése során a minták stabilizálására, és ezt acetonnal eltávolították. Tisztítás után a fogászati ​​felületeket szilikon fogformázó anyaggal (Coltène Whaledent, Polivinil-sziloxán, President Regular Body) formázták. Ahelyett, hogy ezekből a formákból átlátszó gyanta alapú öntvényt állítottak volna elő, a leolvasásokat közvetlenül az öntőformákon végezték el, Leica DCM8 konfokális mikroszkóp és optikai felület profilométer alkalmazásával, amelyek inverz (negatív) 3D topográfiai modelleket (pontfelhőket) eredményeztek a kopási felületekről. A profilométert 100x objektívlencsével látták el (numerikus rekesz = 0,90, munkatávolság = 0,9 mm), és mindegyik mintához 331 × 251 μm területet szkenneltek (2. ábra).

    2. ábra: Az antilop (kövér család, üreges szarvú kérődzők, például ökrök, antilopok, juhok, kecskék stb.) Kövületétől a 3D virtuális felületig. A fosszilis mintákon látható legeltetés, böngészés és vegyes táplálású antilopok természetes fogászati ​​textúrái a LeicaMap szoftverrel megkülönböztethetők a rendellenesebbektől. Valamennyi topográfiai felület területe 333 × 251 μm 2.

    A Leica Map szoftver segítségével a nyers topográfiai felületi adatokat feldolgozzuk a rendellenes csúcsok törléséhez, a felület szintezéséhez és 2D-fotószimulációk előállításához. A különböző texturális paraméterek közül a terület-léptékű fraktál komplexitás (egyszerűen „komplexitásként” jelölve) és a hosszúságú fraktál-anizotrópia (egyszerűen „anizotropia” -ként jelölve) a legjobb paraméter a patás (patás emlősök) közötti megkülönböztetéshez. különböző táplálkozási szokásokkal rendelkező fajok (3. ábra) [1, 2].

    3. ábra: Az anizotrópia és a komplexitás a leghatékonyabb paraméter a patás fajok közötti táplálkozási preferenciák alapján történő megkülönböztetéshez. Az anizotrópia a bonyolultsággal szemben a legelésző afrikai nyúl példányainál (Alcelaphus buselaphus), a levél zsiráfot eszik (Giraffa camelopardalis) és teve (Camelus dromedarius), a vegyesen táplált vad szamár (Equus africanus asinus), és a sárga hátú duiker (Cephalophus silvicultor) amely a közép-afrikai erdőket lakó gyümölcsböngésző antilop.

    Figyelt étkezési kísérletek

    Bár a korai tanulmányok jelentős mértékben hozzájárultak a fogászati ​​mikrohullámú textúrák elemzéséhez, mindannyian nem tudták pontosan meghatározni, hogy az egyes élelmiszerek milyen mértékben járultak hozzá a különböző típusú textúrákhoz. Ezeket a kérdéseket csak ellenőrzött élelmiszer-tesztek kidolgozásával lehet megoldani. Eddig csak egy tanulmány készült a DMTA-val, amely 32 nyúlon végzett táplálékvizsgálatot végzett [3]. A TRIDENT projekt nyomon követett táplálékvizsgálatot végzett több tucat házi juhon, amelyek különböző étrendi osztályokba csoportosultak. A vizsgálatot egy kísérleti gazdaságban hajtották végre a Centre Interrégional d’Information et de Recherche en Production Ovine (CIIRPO) és a Institut de l'Elevage (Idele). Az elemzéseket házi juhokon végezték csak selejtezett anyajuhok felhasználásával, vagyis tenyésztésre már nem alkalmas és hús céljából értékesített juhok. Egyik kísérlet sem igényelte a juhok kezelését. A juhok teljes hozzáférést kaptak olyan élelmiszerekhez, amelyek jól ismertek. A juhokat fedett raktérben tartották és etették legalább 70 napig. A juhokat nem szénán tartották, amit rendesen megettek volna, hanem inkább pormentes faforgácson. Az etetővályúkat műanyag fóliával fedték le és naponta tisztították a szennyeződés elkerülése érdekében.

    Több élelmiszercsoport létezett, amelyek megfelelnek a különböző patás étrendeknek:

  • A lóhere-szilázs (silóban fermentációval tartósított állati élelmiszer) önmagában a lágy levélböngészés szimulálására;
  • Lóhere-szilázs gesztenyével, árpával vagy kukoricával, azaz különböző méretű és keménységű szemekkel, a gyümölcs különböző típusú böngészésének szimulálására;
  • Sugaras fűszilázs a legeltetés szimulálására;
  • Több csoport különböző arányú szilázzsal a különböző típusú kevert étrend hatásainak értékelésére.

    Ez az egyedülálló kettős adatkészlet (étrend-összetétel és fogászati ​​mikrohullámú textúrák) alkotja azokat a nyers adatokat, amelyeket az étrend tulajdonságainak (szívósság, szilícium-dioxid-tartalom, keménység) és a fogászati ​​mikrohullám-textúrák közötti kapcsolat azonosítására használnak (4. ábra). A fogászati ​​mikrohullámú textúrák forgalmi sebességét, a texturális paramétereket, a minta méretét, a mintavételi módszereket és az adott szkennelési méret, illetve a fogászati ​​arc vagy fog ábrázolását ezen egyedülálló kettős adatkészlet elemzésével vizsgáljuk.