Група біологів та інженерів з Університету Массачусетсу в Амхерсті використовувала тривимірні моделі зубів ранніх ссавців і полімерні гелі, що імітують комах, щоб експериментально перевірити, які характеристики зубів найбільш важливі для успішного поїдання видобутку. Виявилося, що найважливішим фактором, що визначає еволюцію форми зубів, є їх здатність перемелювати видобуток, а зовсім не силові та енергетичні характеристики. Стаття опублікована в.
Дослідники вирішили з'ясувати, які характеристики зубів ссавців - сила укусу, енергетична ефективність або здатність перемелювати видобуток - були вирішальними факторами, що визначають їх еволюцію. Незважаючи на те, що еволюції зубів ссавців присвячено безліч досліджень, в основному всі вони обмежуються описами їх форми і спробами уявити, як вони могли б працювати. Автори вирішили піти далі і експериментально протестувати роботу зубів.
Для цього дослідники надрукували на 3D-принтері репліки молярів (корінних зубів) двох ранніх комоядних ссавців, які жили в тріасі (близько 200 мільйонів років тому) в тіні динозаврів: примітивного і більш просунутого. Для імітації комах, якими харчувалися ці звірі, автори сконструювали наповнені гелем бруски, вкриті полімерним «панцирем», що імітує екзоскелет комах. Таких псевдонасекомих вони зробили в двох різних варіантах: з м'яким і жорстким панцирем. Для кожного з варіантів вони провели по 10 експериментів з використанням реплік молярів і. У цих експериментах, імітуючи процес пережовування псевдонасекомих репліками зубів, вчені вимірювали силу, час, енергію та збитки, завдані комахам.
Виявилося, що примітивні зуби вимагали менше сили і енергії для пошкодження комах з твердим панцирем і досягнення пікового зусилля порівняно з більш просунутими зубами. Зуба вимагали такого ж часу, сили і енергії для пошкодження комах з м'яким панцирем, що і зуби, але при цьому витрачали менше часу, сили і енергії для досягнення пікового зусилля. Однак головний результат полягав у тому, що зуби завдавали помітно більше пошкоджень (тріщин і розривів у полімерному покритті) комахам як з м'яким, так і з твердим панцирем.
Результати, як підсумовують вчені, свідчать про те, що еволюція форми зубів у ранніх ссавців визначалася в першу чергу відбором на здатність наносити максимальні пошкодження видобутку. Оптимізація ж біомеханічних параметрів, таких як сила і енергія, була другорядним, хоча теж важливим, фактором.
Як зазначають автори, результати виявилися для них несподіваними, оскільки досі основними факторами, що визначають еволюцію зубів, було прийнято вважати параметри, що дозволяють оптимізувати силу і енергію.
Це вже не перша робота, присвячена експериментальному моделюванню зубів різних тварин. Так, нещодавно вчені змоделювали укус акули за допомогою лез електролобзику з приклеєними на нього акульіми зубами. А моделювання зубів трицератопсу показало, що вони зроблені з «композитних матеріалів».