Группа исследователей во главе с Нариманом Чатаром, докторантом EDDyLab Льежского университета (Бельгия), проверила эффективность укуса смилодона, вымершего рода плотоядных, близкого к современным кошачьим. Используя высокоточное 3D-сканирование и методы моделирования, команда только что показала, как этим животным удавалось кусаться, несмотря на впечатляющую длину их зубов.

Древние плотоядные млекопитающие на протяжении своей эволюции развивали широкий спектр форм черепа и зубов. Однако немногие из этих эволюций пока не сравнялись с эволюциями культового саблезубого кошачьего смилодона. Другие группы млекопитающих, такие как ныне вымершие нимравиды, также эволюционировали с аналогичной морфологией, причем у видов были саблезубые зубы, но также и гораздо более короткие клыки, похожие на клыки львов, тигров, каракалов, домашних кошек и т.д., которые мы знаем сегодня.

Это явление сходной морфологии, возникающее у разных групп организмов, известно как конвергентная эволюция; кошачьи и нимравиды являются удивительным примером конвергенции. Поскольку современных аналогов животных с такими саблевидными зубами не существует, способ охоты на смилодона и подобных ему видов остается неясным и горячо обсуждаемым.

Сначала было высказано предположение, что все саблезубые виды охотились одинаково, независимо от длины их клыков, гипотеза, которая в настоящее время является спорной. Итак, вопрос оставался открытым... как охотилась эта разновидность "саблезубой кошки"?

"Огромные клыки вымершего саблезубого кота Смилодона подразумевают, что этому животному приходилось чрезвычайно широко открывать челюсть, по мнению некоторых авторов, на 110 °, чтобы эффективно ими пользоваться", - объясняет профессор. Валентин Фишер, директор EDDyLab в Улиеже. "Однако механическая осуществимость и эффективность укуса смилодона и его сородичей под таким большим углом неизвестна, что оставляет пробел в нашем понимании этого очень фундаментального вопроса о саблезубых хищниках".

Используя высокоточные 3D-сканеры и аналитические методы, полученные в результате инженерных разработок, международная команда бельгийских и североамериканских ученых только что показала, как эти животные, вероятно, использовали свое впечатляющее оружие.

Наримане Чатар, аспирант EDDyLab Льежского университета и ведущий автор исследования, собрала большое количество трехмерных данных. Сначала она отсканировала и смоделировала черепа, жвалы и мышцы многочисленных вымерших и сохранившихся до наших дней видов кошачьих и нимравидов.

"Каждый вид был проанализирован в нескольких сценариях: прикус был смоделирован на каждом зубе под тремя различными углами прикуса: 30°, как обычно наблюдается у современных кошачьих, но также и под большими углами (60 ° и 90°). В общей сложности мы провели 1074 симуляции укуса, чтобы охватить все возможности", - объясняет Наримане Чатар. Для этого молодой исследователь использовал метод конечных элементов.

"Это захватывающее применение метода конечных элементов, который позволяет палеонтологам изменять и вычислительно моделировать различные углы прикуса и подвергать модели черепа виртуальным нагрузкам, не повреждая драгоценные ископаемые образцы", - говорит профессор. Джек Ценг, профессор и куратор палеонтологии Калифорнийского университета в Беркли и соавтор исследования. Наши всесторонние анализы дают наиболее подробное на сегодняшний день представление о разнообразии и нюансах механики саблезубого прикуса".

Одним из результатов, полученных командой, является понимание распределения напряжения (давления) на нижнюю челюсть во время прикуса. Этот стресс демонстрирует континуум среди проанализированных животных, причем самые высокие значения были измерены у видов с самыми короткими верхними клыками, а самые низкие значения стресса были измерены у самых экстремальных саблезубых видов.

Исследователи также отметили, что стресс уменьшался с увеличением угла прикуса, но только у саблезубых видов. Однако способ, которым эти животные передавали силу к месту укуса, и деформация нижней челюсти в результате укуса были удивительно схожи по всему набору данных, что указывает на сопоставимую эффективность независимо от длины клыков.

"Результаты показывают как возможности, так и пределы эволюции; животные, сталкивающиеся с аналогичными проблемами в своих соответствующих экосистемах, часто в конечном итоге выглядят одинаково в результате конвергентной эволюции. Однако результаты Наримане Чатар также показывают, что может быть несколько способов стать эффективным убийцей, независимо от того, саблезубый вы или нет", - заключает Валентин Фишер.

Это явление, называемое системами "многие к одному", означает, что различные морфологии могут приводить к сходной функции, например, к тому факту, что медведи и кошки оба являются эффективными рыболовами. Такое разнообразие морфологий указывает на то, что не существует единой оптимальной формы саблезубого хищника.

Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences.