Wetenschap
Er zijn aanwijzingen dat sabeltandkatten hun melktanden vasthielden om hun sabels te stabiliseren
De fossielen van de staat Californië zijn bekend bij iedereen die ooit de La Brea-teerputten in Los Angeles heeft bezocht, een kleverige val waaruit in meer dan een eeuw meer dan 2000 sabeltandkattenschedels zijn opgegraven.
Hoewel bij weinig van de teruggevonden schedels een sabel was bevestigd, vertoonde een handjevol een bijzonder kenmerk:de tandkas van de sabel werd ingenomen door twee tanden, waarbij de blijvende tand in een groef in de melktand zat.
Paleontoloog Jack Tseng, universitair hoofddocent integratieve biologie aan de Universiteit van Californië, Berkeley, denkt niet dat de dubbele hoektanden een toevalstreffer waren.
Negen jaar geleden speculeerde hij samen met een paar collega's dat de melktand hielp de blijvende tand te stabiliseren tegen zijwaartse breuk als deze doorbrak. De onderzoekers interpreteerden de groeigegevens van de sabeltandkat zo dat de twee tanden tijdens de adolescentie van het dier tot wel 30 maanden naast elkaar bestonden, waarna de melktand eruit viel.
In een nieuw artikel gepubliceerd in het tijdschrift The Anatomical Record levert Tseng het eerste bewijs dat alleen de sabeltand steeds kwetsbaarder zou zijn geweest voor zijdelingse breuk tijdens de uitbarsting, maar dat een melktand of melktand ernaast hem veel stabieler zou hebben gemaakt.
Het bewijsmateriaal bestaat uit computermodellering van de sterkte en stijfheid van sabeltanden tegen zijwaartse buiging, en het feitelijk testen en breken van plastic modellen van sabeltanden.
"Deze nieuwe studie is een bevestiging – een fysieke test en een simulatietest – van een idee dat sommige medewerkers en ik een paar jaar geleden publiceerden:dat de timing van de uitbarsting van de sabels is aangepast om een dubbelslagtandstadium mogelijk te maken," zei Tseng, curator van het UC Museum of Paleontology.
"Stel je een tijdlijn voor waarin de melkhond naar buiten komt, en wanneer ze klaar zijn met uitbarsten, komt de permanente hond naar buiten en haalt de melkhond in en duwt hem uiteindelijk naar buiten. Wat als deze melktand, gedurende de ongeveer 30 maanden dat hij was, zat er in de mond vlak naast deze blijvende tand een mechanische steunpilaar?"
Hij speculeert dat de ongebruikelijke aanwezigheid van de babyhoektand – een van de melktanden die alle zoogdieren groeien en verliezen op volwassen leeftijd – lang nadat de permanente sabeltand uitbrak, de sabel beschermde terwijl de volwassen katten leerden jagen zonder ze te beschadigen.
Uiteindelijk zou de melktand eruit vallen en zou de volwassene de sabelsteun verliezen, vermoedelijk nadat hij had geleerd voorzichtig te zijn met zijn sabel. Paleontologen weten nog steeds niet hoe sabeltanddieren zoals Smilodon op prooien jaagden zonder hun logge sabels te breken.
"De dubbele hoektandfase is waarschijnlijk een heroverweging waard, nu ik heb laten zien dat er een potentiële verzekeringspolis bestaat, een breder scala aan bescherming", zei hij.
‘Het stelt het equivalent van onze tieners in staat te experimenteren, risico’s te nemen, in wezen te leren hoe ze een volwassen, volwaardig roofdier kunnen zijn. Ik denk dat dit het denken over de groei van sabeltand verfijnt, hoewel het geen oplossing biedt. gebruiken en jagen door een mechanische lens."
Het onderzoek heeft ook implicaties voor de manier waarop sabeltandkatten en andere sabeltanddieren als volwassenen jaagden, waarbij ze vermoedelijk hun roofzuchtige vaardigheden en sterke spieren gebruikten om kwetsbare hoektanden te compenseren.
Straaltheorie
Dankzij de rijkdom aan fossielen van sabeltandkatten, die naast schedels ook vele duizenden skeletdelen omvatten, opgegraven in de teerputten van La Brea, weten wetenschappers veel meer over Smilodon fatalis dan over enig ander sabeltanddier, ook al Er zijn ten minste vijf afzonderlijke geslachten van sabeltanddieren over de hele wereld ontstaan. Smilodon zwierf wijd verspreid door Noord-Amerika en Midden-Amerika en stierf ongeveer 10.000 jaar geleden uit.
Toch zijn paleontologen nog steeds verbijsterd door het feit dat volwassen dieren met dunne messen als hoektanden blijkbaar vermeden deze vaak te breken, ondanks de zijwaartse krachten die waarschijnlijk tijdens het bijten ontstaan. Uit een onderzoek naar de roofdierfossielen uit La Brea bleek dat sabeltandkatten tijdens perioden van schaarste aan dieren vaker hun tanden braken dan in tijden van overvloed, misschien als gevolg van veranderde voedingsstrategieën.
De exemplaren met dubbele tanden uit La Brea, die worden beschouwd als zeldzame gevallen van individuen met vertraagd verlies van de melktand, gaven Tseng een ander idee:dat ze een evolutionair doel hadden.
Om zijn hypothese te testen, gebruikte hij de balkentheorie – een soort technische analyse die op grote schaal wordt gebruikt om constructies te modelleren, variërend van bruggen tot bouwmaterialen – om echte sabeltanden te modelleren. Dit wordt gecombineerd met eindige-elementenanalyse, waarbij computermodellen worden gebruikt om de zijwaartse krachten te simuleren die een sabeltand kan weerstaan voordat hij breekt.
"Volgens de bundeltheorie zijn ze, wanneer je een bladachtige structuur lateraal zijwaarts buigt in de richting van hun smallere dimensie, een stuk zwakker vergeleken met de hoofdrichting van de sterkte," zei Tseng. "Eerdere interpretaties van de manier waarop sabeltanden mogelijk hebben gejaagd, gebruiken dit als een beperking. Hoe ze hun tanden ook gebruiken, ze kunnen ze niet veel in zijwaartse richting hebben gebogen."
Hij ontdekte dat hoewel de buigsterkte van de sabel (de hoeveelheid kracht die hij kan weerstaan voordat hij breekt) tijdens de gehele verlenging ongeveer hetzelfde bleef, de stijfheid van de sabel (de doorbuiging ervan onder een bepaalde kracht) afnam met toenemende lengte. Naarmate de tand langer werd, was deze in wezen gemakkelijker te buigen, waardoor de kans op breuk groter werd.
Door het toevoegen van een ondersteunende melktand in het balktheoriemodel hield de stijfheid van de permanente sabel echter gelijke tred met de buigsterkte, waardoor de kans op breken kleiner werd.
"Gedurende de periode waarin de blijvende tand naast de melktand doorbreekt, is het rond de tijd dat je overschakelt van de maximale breedte naar de relatief smallere breedte, wanneer die tand zwakker wordt", zei Tseng. "Als je een extra breedte toevoegt aan de vergelijking van de balktheorie om rekening te houden met de babysabel, komt de algehele stijfheid beter overeen met het theoretisch optimale."
Hoewel niet vermeld in de krant, heeft hij ook 3D-geprinte harsreplica's van sabeltanden gemaakt en hun buigsterkte en stijfheid getest op een machine die is ontworpen om de treksterkte te meten. De resultaten van deze tests weerspiegelden de conclusies uit de computersimulaties. Hij hoopt replica's van levensecht tandheelkundig materiaal in 3D te kunnen printen om de sterkte van echte tanden nauwkeuriger te kunnen simuleren.
Tseng merkte op dat hetzelfde hondenstabilisatiesysteem mogelijk is geëvolueerd bij andere sabeltanddieren. Hoewel er in het fossielenbestand geen voorbeelden van dubbele hoektanden bij andere soorten zijn gevonden, zijn er wel enkele schedels gevonden met volwassen tanden elders in de kaken, maar met melktanden waar de sabel zou uitbarsten.
"Wat we wel zien zijn melkhoektanden die bewaard zijn gebleven op exemplaren met een verder volwassen gebit, wat duidt op een langdurige retentie van die melkhoektanden terwijl de volwassen tand, de sabels, op het punt staat uit te barsten of uit te barsten," zei hij.