Um dos avanços decisivos na evolução dos mamíferos foi o surgimento da audição altamente sensível. Os mamíferos modernos dependem de um ouvido médio que inclui um tímpano e vários ossos pequenos, um sistema que pode detectar uma variedade de sons em diferentes volumes. Esta capacidade pode ter dado aos primeiros mamíferos, muitos dos quais eram noturnos, uma vantagem crucial na navegação num ambiente dominado por dinossauros.
Novas descobertas de paleontólogos da Universidade de Chicago sugerem que esta forma avançada de audição surgiu muito antes do que os cientistas pensavam. Use tomografias computadorizadas detalhadas do crânio e da mandíbula Calau verdadeiroUm ancestral mamífero que viveu há cerca de 250 milhões de anos, os investigadores aplicaram simulações baseadas em engenharia para testar como o som se propagava através da sua anatomia. Seus resultados mostram Conodonte Possivelmente, ter tímpanos grandes o suficiente para detectar efetivamente o som no ar atrasa a origem desse recurso em quase 50 milhões de anos.
“Durante quase um século, os cientistas têm tentado descobrir como é que estes animais ouviam”, disse Alec Wilken, um estudante de pós-graduação que liderou o estudo. “Essas ideias capturaram a imaginação dos paleontólogos que estudam a evolução dos mamíferos, mas até agora não tivemos testes biomecânicos muito robustos”. Anais da Academia Nacional de Ciências. “Agora, com os nossos avanços na biomecânica computacional, podemos começar a interpretar de forma inteligente o que a anatomia significa para a forma como este animal ouve”.
Revisitando ideias de longa data sobre a audição precoce dos mamíferos
Conodonte Cinodonte, este animal vem do início do período Triássico e exibe uma mistura de características reptilianas e mamíferas. Isso inclui alterações especiais nos dentes, palato e diafragma para apoiar uma respiração e um metabolismo mais eficientes, bem como possíveis características como sangue quente e pêlo. Entre os primeiros cinodontes, incluindo Conodonteos ossos do ouvido (malo, bigorna, estribo) ainda estão conectados ao maxilar inferior. Muito mais tarde na evolução, estes ossos separaram-se para formar o distinto ouvido médio, comum nos mamíferos modernos, uma transformação considerada crítica para uma melhor audição.
Há cerca de 50 anos, Edgar Allin, paleontólogo da Universidade de Illinois em Chicago, propôs que os cinodontes gostavam Conodonte Pode ter havido uma membrana abrangendo a porção em forma de gancho da mandíbula que serviu como uma versão inicial do tímpano dos mamíferos. Na época, a maioria dos pesquisadores pensava que os animais detectavam o som principalmente através da condução óssea, ou a chamada “escuta mandibular”, que envolve a detecção de vibrações colocando as mandíbulas no chão. A ideia de Allin era interessante, mas não havia uma maneira prática de testar se a membrana poderia realmente transmitir som transportado pelo ar.
Transformando fósseis antigos em objetos de teste digitais
Os avanços na tecnologia de imagem transformaram a paleontologia, permitindo aos cientistas extrair informações detalhadas dos fósseis sem danificá-los. Wilken e seus colegas, Dr. Zhexi Luo e Dr. Callum Ross, ambos professores de biologia e anatomia de organismos, examinaram o bem estudado Conodonte Os espécimes foram obtidos do Museu de Paleontologia da UC Berkeley e do Laboratório PaleoCT da Universidade de Chicago. As varreduras produziram modelos 3D de alta resolução do crânio e da mandíbula, capturando as formas, ângulos e dimensões precisas necessárias para avaliar como funcionam os tímpanos potenciais.
A equipe então usou um software de engenharia chamado Strand7 para executar uma análise de elementos finitos. Este método divide estruturas complexas em muitos componentes pequenos, cada um com propriedades físicas específicas. É frequentemente usado para estudar como as pontes suportam o peso, como as aeronaves lidam com a pressão ou como o calor é transferido através dos motores. Neste caso, os pesquisadores simularam como Tricodontossauro O crânio e a mandíbula respondem a diferentes pressões e frequências sonoras, utilizando o que se sabe sobre a espessura, densidade e flexibilidade dos ossos, ligamentos, músculos e pele em animais vivos.
Evidência de audição aérea precoce
A simulação produziu resultados claros. O tímpano, localizado dentro da curva do maxilar, permitirá Conodonte Ouvir sons no ar é mais eficaz do que confiar apenas na condução óssea. O tamanho e a forma do modelo da membrana criam vibrações poderosas o suficiente para mover os ossos do ouvido, estimular o nervo auditivo e detectar uma gama de frequências sonoras. O tímpano controla a maior parte da audição do animal, embora a detecção de vibração baseada na mandíbula ainda possa desempenhar um papel.
“Uma vez que tenhamos modelos de tomografia computadorizada a partir de fósseis, poderemos pegar propriedades materiais de animais vivos e torná-los iguais aos nossos. Conodonte “Isso não era possível antes, e esta simulação de software nos mostra que as vibrações através do som são essencialmente a forma como este animal ouve”, disse Luo.
Wilken enfatizou que as ferramentas modernas estão finalmente tornando possível testar um problema que existe há décadas. “É por isso que é uma questão de pesquisa interessante”, disse ele. “Fizemos uma pergunta de alto conceito – ‘Como oscilam os ossos do ouvido num fóssil de 250 milhões de anos?'” – e utilizámos estas ferramentas sofisticadas para testar uma hipótese simples. Acontece Conodonteo tímpano pode funcionar normalmente sozinho. “
O estudo é intitulado “Biomecânica do ouvido médio mandibular do cinodonte”. Conodonte e a evolução da audição dos mamíferos”, foi apoiado pela Universidade de Chicago, pelos Institutos Nacionais de Saúde e pela Fundação Nacional de Ciência. Chelsie CG Snipes, da Universidade de Chicago, também é autora.
