7 Minute
Noile modele biomecanice sugerează că un cinodont din Triasic, Thrinaxodon liorhinus, ar fi putut percepe sunete aeriene folosind un timpan primitiv în urmă cu aproximativ 250 de milioane de ani. Această dată mută originea auzului sensibil, asemănător mamiferelor, cu circa 50 de milioane de ani înapoi și ne schimbă perspectiva asupra modului în care strămoșii timpurii ai mamiferelor își simțeau mediul.
De ce este important auzul în evoluția mamiferelor
Evoluția urechii medii la mamifere — un sistem care include un timpan și mici osicule (malleus, incus, stapes) — a permis detectarea unui spectru larg de sunete aeriene și captarea unor detalii acustice mai fine decât prin conducție osoasă. Pentru rudele timpurii ale mamiferelor, multe probabil nocturne, un auz îmbunătățit ar fi conferit avantaje majore la detectarea prăzii, evitarea prădătorilor și orientarea în condiții de lumină redusă.
Paleontologii au dezbătut mult timp când a apărut pentru prima dată auzul aerian în linia care a dus la mamiferele moderne. Reconstrucțiile tradiționale plasau tranziția completă către o ureche medie detașată și un timpan funcțional mult după Triasic. Studiul recent răstoarnă acea cronologie prin combinarea anatomiei fosile cu simulări de nivel inginerești.
Transformarea unui fosil într-un model inginereasc
Cercetătorii de la University of Chicago au folosit scanări CT de înaltă rezoluție ale unui craniu și maxilar de Thrinaxodon bine păstrate, aflate la Museum of Paleontology al University of California, Berkeley. Scanările au produs o reconstrucție 3D detaliată a oaselor, curburilor și cavităților, furnizând fundația geometrică pentru simulările fizice.
Apoi echipa a aplicat analiza prin elemente finite (FEA) utilizând software-ul Strand7 — o metodă computațională folosită pe scară largă în inginerie pentru a prezice cum reacționează structurile la forțe și vibrații. Prin atribuirea unor proprietăți materiale realiste, derivate din mamifere vii (densitatea osoasă, rigiditatea ligamentelor, grosimea țesuturilor moi), modelul a putut estima cum presiunile sonore la frecvențe diferite ar determina părți ale maxilarului și o membrană ipotetică să vibreze.
Simulările au arătat că undele sonore aplicate pe timpanul ipotetic al Thrinaxodon (sus) i-ar fi permis să audă mult mai eficient decât prin conducție osoasă singură (jos).
Dovezi că un timpan făcea deja majoritatea „muncii”
Rezultatele simulărilor au fost clare: o membrană poziționată într-o depresiune naturală de-a lungul maxilarului inferior al Thrinaxodon ar fi transmis eficient sunetul aerian către lanțul osicular, producând amplitudini vibraționale suficiente pentru a stimula terminațiile nervoase auditive. Deși un anumit grad de auz transmis prin os ("jaw listening") probabil a persistat, timpanul modelat a explicat cea mai mare parte a capacității auditive relevante pe gamele de frecvență investigate.
Istoric, mulți oameni de știință au presupus că acești cinodonți timpurii se bazau în principal pe conducția osoasă, unde vibrațiile călătoresc prin os până la urechea internă. Acum circa 50 de ani, Edgar Allin a propus că o membrană întinsă peste o secțiune curbată a maxilarului ar putea funcționa ca o membrană timpanică primitivă. Până acum, biomecanica pentru a testa această idee era limitată; combinarea imagisticii CT moderne cu FEA a permis testarea directă și cantitativă a propunerii lui Allin.
Modelele 3D ale maxilarului și ale oaselor asociate urechii medii ale strămoșului mamiferelor din Triasic, Thrinaxodon, arată că tranziția către un auz asemănător mamiferelor, cu un timpan, a evoluat mult mai devreme decât se credea.
Ce înseamnă descoperirea pentru paleontologie și evoluția senzorială
Plasarea auzului aerian atât de devreme sugerează că mai multe trăsături de tip mamifer, legate de țesuturi moi și comportament, ar fi putut apărea mai rapid decât s-a crezut. Dacă Thrinaxodon și rudele apropiate aveau un timpan funcțional și o lanț osicular conectat la acea membrană, selecția naturală ar fi putut rafina sensibilitatea auditivă și capacitatea de discriminare a frecvențelor pe parcursul unor perioade lungi, în timp ce aceste animale coabitau cu arhosaurii timpurii și alte linii reptiliene.
Din punct de vedere practic, studiul demonstrează cum instrumentele computaționale moderne permit paleontologilor să transforme întrebările morfologice în probleme inginerești testabile. Prin integrarea geometriei fosile cu parametri materiali fundamentați empiric, cercetătorii pot depăși conjecturile și pot face evaluări cantitative ale funcției senzoriale la organisme dispărute.
Zhe-Xi Luo (stânga) ține specimenul fosil al Thrinaxodon, în timp ce Alec Wilken (dreapta) deține un model imprimat 3D al urechii interne a unui oposum modern pentru comparație.
Testarea ipotezelor vechi cu instrumente noi
Alec Wilken, doctorandul care a condus proiectul, împreună cu îndrumătorii săi Zhe-Xi Luo și Callum Ross, au transformat o întrebare clasică paleontologică într-un experiment computațional. Combinând geometria derivată din CT, date comparative privind proprietățile țesuturilor și analiza prin elemente finite, ei au demonstrat că depresiunea maxilarului ar fi putut susține o membrană timpanică capabilă de recepționarea sunetelor aeriene. Pe scurt, ideea timpanului care a intrigat cercetătorii decenii este susținută atunci când este examinată cu metode biomecanice moderne.
Implicațiile se extind dincolo de Thrinaxodon: dacă geometriile similare ale maxilarului și reconstrucțiile de țesuturi moi sunt validate la cinodonți înrudiți, originea auzului tipic mamar ar fi putut fi un proces gradual, cu stadii funcționale deja prezente în Triasicul timpuriu.
Perspective ale unui expert
Dr. Helena Márquez, biolog comparativ al auzului (ficțională), a comentat: "Această cercetare este un excelent exemplu de știință interdisciplinară. Fosilele ne oferă forma, ingineria ne oferă funcția. Descoperirea că un timpan ar fi putut funcționa eficient într-un sistem legat de maxilar schimbă modul în care citim registul fosil pentru evoluția senzorială. Sugerează că adaptările acustice au făcut parte din trusa acestor animale mult mai devreme decât credeam."
Ea a adăugat: "Rămâne muncă atentă pentru a confirma cât de răspândit a fost acest design în rândul cinodonților, dar metoda este puternică: ne permite să întrebăm nu doar cum arătau oasele, ci cum își experimentau mediul animalele dispărute."
Tehnologii mai largi și direcții viitoare
Studiul evidențiază mai multe unelte moderne care transformă paleontologia: micro-CT pentru imagistică internă nedistructivă, imprimarea 3D pentru comparații fizice și modelarea prin elemente finite pentru inferențe biomecanice. Munca viitoare ar putea extinde simulările pentru a include variabilitatea țesuturilor moi, scenarii sonore ambientale diferite și comparații între mai multe specii de cinodonți pentru a cartografia ritmul și succesiunea inovațiilor auditive.
În plus, combinarea modelelor biomecanice cu situri fosile care păstrează anatomia delicată ar putea identifica și alte adaptări senzoriale — de exemplu, schimbări olfactive sau vizuale — care au coevoluat cu auzul timpuriu al mamiferelor.
Prin aducerea rigoarei inginerești la întrebările evolutive, echipa de cercetare a deschis o nouă cale pentru testarea ipotezelor îndelung discutate despre viața senzorială a speciilor dispărute de mult.
Sursa: scitechdaily
Lasă un Comentariu