Екологията на растителноядните (тревопасни) бозайници се изследва чрез диетично поведение. Dental Microwear Texture Analysis (DMTA) е метод, използван за получаване на набор от зъбни данни за възстановяване на хранителните навици. Учените, които изучават фосилните останки на животни (палеонтолози), често се опитват да идентифицират основните механизми, движещи еволюцията. Често се реконструират екологични и екологични модели с тези изкопаеми данни.

Ефектите на няколко параметъра (състав на храната, механични свойства на храната и промени в диетичния състав) върху износването на зъбите в микроскопски мащаб (текстури на зъбни микрочерепи) се изучават подробно благодарение на наблюдаваните тестове на храни върху овце. Бяха направени следните стъпки, за да се даде възможност за разработване на легитимен модел за възстановяване на диетата:

  • Събиране на данни за текстура на зъбни микрочастици от наблюдавани опити с храни върху домашни овце, използвани за първоначално разработване на модел;
  • Валидиране и по-нататъшно развитие на модела с данните за текстурата от днешните общности на диви, тревопасни бозайници с примера на преживни животни (парнокопитни, копитни бозайници, като домашен добитък, бизони и елени) в праобразната гора Białowieża в Полша; и
  • Прилагане на валидирания модел върху образци на добре запазени вкаменелости на антилопи, живели преди 8 милиона години в Северна Гърция.

    еволюцията

    Автори

    Теми и етикети

    Въведение

    Животните взаимодействат с местообитанието си, когато се хранят. За да се възстанови екологията на животното, проследяването на диетата му е от решаващо значение. Повечето меки тъкани на починало животно рядко са добре запазени във вкаменелостите. Често зъбите са единствените добре запазени органи на храносмилателната система на животното и като такива могат да бъдат ценни източници на данни за възстановяване на екологията на вкамененото животно. Някои характеристики на зъбите могат приблизително да показват какво е яло животно. Тези характеристики са размерите на резците, кучешката форма, дебелината на емайла, съотношението на дължината на молара към премолара и индексът на моларния хипсодонти (висококоронирани зъби с емайл, простиращ се далеч над линията на венците). Тези методи обаче не отразяват какво животно наистина е яло, а по-скоро какво е в състояние да яде.

    Алтернативните подходи (независими от формата на зъбите) в палеонтологията позволяват независима от видовете реконструкция на хранителните предпочитания на изчезналите (измрели) видове и среда. Сред тези техники е текстурният анализ на зъбните микроидеи (DMTA) [1]. От емпирични проучвания е известно, че текстурите на зъбния емайл с микроизносване зависят от видовете храни в диетата на животното (Фигура 1).

    Въпреки това, много малко се знае за връзката между текстурите на зъбните микрочерепи и механичните свойства на храните. Поставен е въпросът дали текстурите на зъбните микрочерешки отразяват повече глобалната диета или по-скоро малките количества „резервни“ храни (когато предпочитаните храни вече не се предлагат), т.е. здрави корени, твърди семена, жилави и абразивни билки. Освен това все още се знае много малко за оборота на текстурите на зъбните микрочерепици поради промяна в диетата. Тези решаващи моменти изискват по-добро изясняване, ако се желае по-точно тълкуване на случайно спрямо предубедено вземане на проби от данни от вкаменелости.

    В крайна сметка палеонтолозите и еколозите са мотивирани да идентифицират механизмите на еволюция и да разработят модели, които реконструират екологията на даден регион през определени периоди от време. Тези екологични модели могат да допринесат с полезни данни за изследването на изменението на климата.

    Събиране и анализ на данни

    Зъбите първо бяха почистени с ацетон, за да се отстрани прахът от екземпляри от съществуващи видове. Понякога се използва лепило в полето или лабораторията по време на подготовката на изкопаеми за стабилизиране на пробите и това също се отстранява с ацетон. След почистване зъбните фасети се формоват със силиконов стоматологичен формовъчен материал (поливинил силоксан Coltène Whaledent, президентски орган). Вместо да се произведе прозрачен отлив на основата на смола от тези форми, сканирането беше направено директно върху формите, използвайки конфокален микроскоп Leica DCM8 и оптичен повърхностен профилометър, произвеждащ обратни (отрицателни) 3D топографски модели (облаци от точки) на износващите се повърхности. Профилометърът беше снабден със 100x обектив (Numerical Aperture = 0.90, работно разстояние = 0.9 mm) и 331 × 251 μm площ беше сканирана за всеки образец (Фигура 2).

    Фиг. 2: От вкаменелостта на антилопа (семейство бовид, кухороги преживни животни, като волове, антилопи, овце, кози и др.) До 3D виртуална повърхност. Естествените зъбни текстури на паша, сърфиране и смесено хранене на антилопи, наблюдавани на изкопаеми образци, могат да бъдат дискриминирани от по-ненормалните със софтуера LeicaMap. Всички топографски повърхности са с площ 333 × 251 μm 2.

    Използвайки софтуера Leica Map, суровите топографски повърхностни данни се обработват за изтриване на необичайни върхове, изравняване на повърхността и създаване на 2D фотосимулации. Сред различните текстурни параметри, фракталната сложност на площта (обозначена просто като „сложност“) и фракталната анизотропия на дължина (обозначена просто като „анизотропия“) са известни като най-добрите параметри за различаване между копитните (копитни бозайници) видове с различни хранителни навици (Фигура 3) [1, 2].

    Фиг. 3: Анизотропията и сложността са най-ефективните параметри, които да се използват за дискриминация между копитни видове въз основа на техните предпочитания за хранене. Анизотропия срещу сложност за екземпляри от пасищните африкански харта (Alcelaphus buselaphus), листът, който яде жираф (Giraffa camelopardalis) и камила (Camelus dromedarius), смесеното хранене диво магаре (Equus africanus asinus), и дуикера с жълти гърбове (Cephalophus silvicultor) което е антилопа за разглеждане на плодове, обитаваща централноафриканските гори.

    Наблюдавани опити за храна

    Въпреки че ранните проучвания са направили важен принос в областта на текстурния анализ на зъбните микроноски, всички те не са успели да определят до каква степен всеки хранителен продукт е допринесъл за различните видове текстури. Такива въпроси могат да бъдат разрешени само чрез разработване на наблюдавани тестове за храни. Досега е направено само едно проучване с DMTA, което включва наблюдавани тестове за храна на 32 зайци [3]. Проектът TRIDENT проведе изследване на наблюдавани храни върху няколко десетки домашни овце, групирани в различни класове на хранене. Изследването е проведено в експериментална ферма под наблюдението на Center Interrégional d’Information et de Recherche en Production Ovine (CIIRPO) и Institut de l'Elevage (Идел). Анализите са извършени върху домашни овце, като се използват само овце-овце, което означава, че овцете вече не са подходящи за разплод и се продават за месо. Нито един от експериментите не изисква овцете да бъдат обработвани. Овцете имаха пълен достъп до храни, с които бяха запознати. Овцете се държат в закрито помещение и се хранят в продължение на минимум 70 дни. Овцете не се държат на сено, което обикновено биха яли, а по-скоро на дървени стърготини без прах. Кормушките се покриват с пластмасово фолио и се почистват ежедневно, за да се избегне замърсяване.

    Имаше множество групи храни, съответстващи на различни диети с копитни животни:

  • Силос от детелина (храна за животни, консервирана чрез ферментация в силоз) самостоятелно за симулиране на разглеждане на меки листа;
  • Детелина силаж с кестени, ечемик или царевица, т.е. зърна с различен размер и твърдост, за да се симулират различни видове разглеждане на плодове;
  • Тревна силажна сила за симулиране на паша;
  • Няколко групи с различни пропорции на силаж за оценка на ефектите от различни видове смесена диета.

    Този уникален двоен набор от данни (диетичен състав и текстури на зъбни микрочистени) представлява суровите данни, които се използват за идентифициране на връзката между диетичните свойства (жилавост, съдържание на силициев диоксид, твърдост) и текстурите на зъбните микрочистени (Фигура 4). Скоростта на оборота на текстурите на зъбната микрочипа, текстурните параметри, размерът на пробата, методите за вземане на проби и представянето на даден размер на сканиране или зъбен фасет или зъб се изследват чрез анализ на този уникален двоен набор от данни.