Um avanço decisivo na evolução dos mamíferos foi o surgimento de uma audição altamente sensível. Os mamíferos modernos contam com um ouvido médio composto por um tímpano e vários pequenos ossos, sistema que permite detectar uma ampla gama de sons em diferentes volumes. Essa habilidade provavelmente deu aos primeiros mamíferos, muitos dos quais eram ativos à noite, uma vantagem importante enquanto navegavam em ambientes dominados por dinossauros.
Novas descobertas feitas por paleontólogos da Universidade de Chicago sugerem que esta forma avançada de audição apareceu muito antes do que os cientistas acreditavam. Usando uma tomografia computadorizada detalhada do crânio e da mandíbula Trinaxodon liorhinusNum ancestral mamífero que viveu há cerca de 250 milhões de anos, os investigadores aplicaram simulações de engenharia para testar como o som viajaria através da sua anatomia. Seus resultados indicam que Trinaxodonte Provavelmente tinha um tímpano grande o suficiente para detectar com eficiência sons transportados pelo ar, o que remonta a cerca de 50 milhões de anos.
“Durante quase um século, os cientistas têm tentado descobrir como estes animais podiam ouvir. Estas ideias capturaram a imaginação dos paleontólogos que trabalham na evolução dos mamíferos, mas até agora não tivemos um teste biomecânico muito robusto”, disse Alec Wilken, um estudante graduado que liderou o estudo, que foi publicado recentemente. PNAS. “Agora, com os nossos avanços na biomecânica computacional, podemos começar a dizer coisas inteligentes sobre o que a anatomia significa para a forma como este animal pode ouvir.”
Revisitando uma ideia antiga sobre a audição precoce dos mamíferos
Trinaxodonte Pertencentes a um grupo chamado cinodontes, os animais do início do período Triássico apresentavam uma mistura de características reptilianas e mamíferas. Isso inclui mudanças nos dentes, palato e diafragma especializados que suportam respiração e metabolismo mais eficientes, e possíveis características como sangue quente e pêlo. Primeiros cinodontes, incl TrinaxodonteOs ossos do ouvido (macho, bigorna, estribo) ainda estavam presos à mandíbula. Muito mais tarde na evolução, esses ossos se separaram para formar o ouvido médio distinto visto nos mamíferos modernos, que se acredita ser importante para melhorar a audição.
Cerca de 50 anos atrás, o paleontólogo Edgar Allyn, da Universidade de Illinois em Chicago, propôs que os cinodontes preferissem Trinaxodonte Uma membrana pode se estender através da porção digitada do maxilar, agindo como uma versão primitiva do tímpano dos mamíferos. Na época, a maioria dos pesquisadores pensava que esses animais detectavam o som principalmente por meio da condução óssea, ou a chamada “audição da mandíbula”, colocando a mandíbula inferior no chão para sentir as vibrações. A ideia de Allen era interessante, mas não havia nenhuma maneira prática de testar se tal membrana poderia realmente transmitir som transportado pelo ar.
Transformando fósseis antigos em cobaias 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, Zhe-Shi Luo, PhD, e Calum Ross, PhD, ambos professores de biologia e anatomia de organismos, estudaram bem Trinaxodonte Espécime da Universidade da Califórnia, Museu de Paleontologia de Berkeley, no Laboratório de Paleocidade em Chicago. As varreduras produziram um modelo 3D de alta resolução do crânio e da mandíbula, capturando as formas, ângulos e dimensões precisas necessárias para avaliar como um potencial tímpano poderia funcionar.
A equipe então usou um software de engenharia chamado Strand7 para executar uma análise de elementos finitos. Este método divide uma estrutura complexa em muitos componentes menores, cada um dos quais com propriedades físicas específicas. É comumente usado para estudar como as pontes suportam peso, como as aeronaves lidam com o estresse ou como o calor se move através dos motores. Neste caso, os pesquisadores simularam como Trinaxodontes O crânio e as mandíbulas responderão a diferentes pressões e frequências sonoras, com base em dados conhecidos sobre a espessura, densidade e flexibilidade dos ossos, ligamentos, músculos e pele dos seres vivos.
Evidências para audiências aéreas preliminares
A simulação produziu um resultado claro. Um tímpano localizado dentro de uma parte curva do maxilar será permitido Trinaxodonte ouvir sons transmitidos pelo ar com mais eficiência do que depender apenas da condução óssea. O tamanho e a forma modelados da membrana criam vibrações fortes o suficiente para mover os ossos do ouvido, estimular o nervo auditivo e detectar uma gama de frequências sonoras. Embora a detecção de vibração baseada na mandíbula provavelmente ainda desempenhasse um papel, o tímpano controlava a maior parte da audição do animal.
“Assim que tivermos modelos de tomografia computadorizada de fósseis, poderemos pegar propriedades materiais de animais existentes e torná-los parecidos com os nossos. Trinaxodonte ganhou vida”, disse Luo. “Isso não era possível antes, e esta simulação de software nos mostrou que as vibrações através do som são essencialmente o que este animal pode ouvir.”
Wilken enfatizou que as ferramentas modernas finalmente tornaram possível testar uma questão que já existia há décadas. “É por isso que é um grande problema estudar”, disse ele. “Assumimos um problema de alto conceito – isto é, ‘Como os ossos do ouvido se movem em um fóssil de 250 milhões de anos?’ — e testei uma hipótese simples usando essas ferramentas sofisticadas. TrinaxodonteO tímpano cicatriza sozinho.”
O título do estudo é “Biomecânica da orelha média mandibular de cinodontes Trinaxodonte e evolução da audição de mamíferos”, foi apoiado pela UChicago, pelos Institutos Nacionais de Saúde e pela National Science Foundation. Chelsie CG Snipes, da UChicago, também foi autora.
