Faptul fundamental că uzura dinților a fost dezastruul anatomistilor funcționali dentari de zeci de ani. Cercetătorii au știut de foarte mult timp că forma dinților reflectă funcția la mamiferele vii și au efectuat studii foarte elegante pentru a demonstra relațiile dintre aspectele morfologiei ocluzale și dieta în cadrul diferitelor ordine ale mamiferelor. Majoritatea acestor studii s-au limitat la dinții nepurtați și ușor uzați. Problema cu acest lucru este că dinții își schimbă forma pe măsură ce se poartă, iar selecția naturală nu se oprește atunci când se întâmplă acest lucru. Deci, cum putem deduce funcția din dinții uzați? Sistemele de informații geografice (GIS) oferă un instrument pentru a rezolva această problemă. În acest studiu, demonstrăm modul în care GIS poate fi utilizat pentru a evalua modificările funcționale ale formei dinților în rândul molarilor uzați variabil ai unei specii de mamifere, gorila gorilă (Savage și Wyman) 1847.

explorarea

Forma și dieta dinților

Majoritatea paleontologilor care reconstituie dietele de mamifere fosile folosesc metoda comparativă (Anthony și Kay 1993). Se uită la relațiile dintre dietă și mărimea, forma sau uzura dinților la speciile vii pentru a deduce dieta din resturile dentare ale formelor fosile. S-au depus eforturi mari pentru a descoperi aceste relații. De exemplu, Kay și Hiiemae (1974) au asociat morfologii dentare specifice la primate cu forfecare, zdrobire și măcinare. Mâncarea este tăiată între marginile anterioare ale crestelor coroanei. Lamele de forfecare sunt în general reciproc concave pentru a minimiza aria de contact. În schimb, alimentele sunt zdrobite între suprafețele plane de pe dinți. Măcinarea implică atât componente de forfecare, cât și componente de zdrobire, în care două suprafețe netede sunt ocluse și deplasate una peste alta în maniera unui mortar și pistil. Diferitele alimente necesită acțiuni diferite pentru a le descompune pentru o prelucrare ulterioară în stomac.

Kay (1978, 1984) a conceput o metodă de măsurare a potențialului de forfecare a unui dinte și a constatat că valoarea rezultată, coeficientul de forfecare (SQ), urmărește cu precizie dieta în toți taxonii existenți ai primatelor de ordin superior. În primul rând, lungimile crestelor care circulă meziodistic care leagă cuspizii principali ai molarilor secundari inferiori sunt însumați și regresați pe lungimea dinților (în spațiul log 10) pentru un grup de specii frugivore strâns legate. Numai speciile frugivore sunt utilizate pentru a controla schimbările alometrice la animalele care au adaptări similare. SQ-urile sunt calculate ca devieri de la linia de regresie. Astfel, valorile pozitive indică creste de forfecare mai lungi și mai mult relief ocluzal decât se aștepta de la un frugivor, iar valorile negative indică creste mai scurte și mai puțin relief ocluzal decât se aștepta. Pentru toate impozitele la primate de ordin superior, folivorele și insectivorele au valori SQ mai mari decât frugivorele. Mai mult, printre consumatorii de fructe, cei specializați în alimentele tari au SQ-uri și dinți mai buni chiar mai mici decât cei care mănâncă mai des fructe moi (Anthony și Kay 1993; Kay și Covert 1984; Meldrum și Kay 1997). Astfel de studii au servit ca linii de bază pentru reconstrucția paleobiologică și au oferit indicii importante privind dietele primatelor fosile (de exemplu, Fleagle și colab. 1996; Kay și Simons 1980; Strâmtoarea 1991; Ungar și Kay 1996; Williams și Covert 1994).

GIS și forma dinților

Studiile SQ nu s-au concentrat pe dinții uzați din cauza dificultăților în compararea și măsurarea lungimilor crestelor pentru exemplarele purtate în mod variabil. Pe măsură ce un dinte se poartă, ne-am aștepta ca schimbarea reliefului ocluzal să afecteze lungimea crestăturii de forfecare. Deci, cum putem caracteriza cel mai bine morfologia ocluzală la exemplarele uzate? Acest lucru ridică una dintre cele mai importante probleme din anatomia funcțională dentară astăzi - cum afectează uzura dinților funcția? Deoarece morfologia dentară afectează amploarea, direcția și rata de schimbare a stresului asupra particulelor alimentare, forma dintelui ar trebui să reflecte proprietățile mecanice ale alimentelor consumate (Spears și Crompton 1996). Cum afectează modificarea formei dinților care rezultă din uzură eficiența mestecării? Primul pas în răspunsul la această întrebare importantă este dezvoltarea unei tehnici care să poată caracteriza diverse aspecte ale morfologiei ocluzale la exemplarele uzate.

Analiza topografică dentară este o astfel de tehnică (Zuccotti și colab. 1998). Această abordare modelează suprafețele ocluzale ca peisaje tridimensionale folosind GIS. GIS este o abordare utilizată pentru a compara straturile diferitelor tipuri de date conectate prin locații din spațiul geografic. Este un sistem pentru asamblarea, stocarea, manipularea, analiza și afișarea informațiilor cu referință geografică. Multe instrumente GIS au fost create pentru a examina și modela suprafața fizică a Pământului. Dacă dinții pot fi modelați ca suprafețe de peisaj, aceste instrumente pot fi aplicate pentru a furniza date despre suprafața cuspidelor, volumul, panta, aspectul și relieful tridimensional. Alte aspecte funcționale relevante ale morfologiei, cum ar fi cantitatea de lichid care s-ar putea acumula în bazinul unui dinte și direcțiile și intensitatea drenajului pe suprafața ocluzală, pot fi, de asemenea, examinate cu GIS. Astfel de măsuri pot oferi informații despre conținutul de umiditate al alimentelor și alte proprietăți alimentare. Walker (1968), de exemplu, a remarcat faptul că liliecii pteropodici extrag suc cu dinți cu tăietură redusă care înconjoară un bazin central deprimat. Studiile de topografie ocluzală sunt, așadar, susceptibile de a fi foarte utile pentru reconstituirea dietelor pe baza modelelor biomecanice ale funcției dinților.

Puțini cercetători au folosit până acum o abordare GIS pentru studiul formei dinților. Reed (1997) a publicat un rezumat care descrie o tehnică. El a obținut coordonate tridimensionale ale dinților mici de primate cu un microscop reflex și suprafețe netede interpolate folosind Imagine (ERDAS, Inc.). Caracteristicile au fost identificate cu ajutorul liniilor de contur în ArcInfo (ESRI, Inc.) și au fost calculate proporțiile relative ale suprafeței dedicate cuspizilor, crestelor și bazinelor. Reed a sugerat că diferențele dintre aceste proporții ar putea reflecta diferențele alimentare între primate.

Zuccotti și colab. (1998) au aplicat tehnici GIS la studiul morfologiei ocluzale la maimuțele mari. Acești autori au folosit un digitizator electromagnetic pentru a colecta date tridimensionale de pe fiecare suprafață ocluzală. Datele rezultate au fost importate în GRASS (US Army Construction Engineering Laboratory), iar suprafețele dinților au fost interpolate folosind un model de splining cu plăci subțiri. Cuspizii au fost izolați folosind cele mai mici curbe de nivel care au înconjurat complet acele cuspizi, iar panta și volumul au fost calculate pentru fiecare. Modelele de drenaj și zona de deversare au fost, de asemenea, calculate pentru fiecare dinte (vezi secțiunea Materiale și metode).

Jernvall și Seldnne (1999) au sugerat o abordare alternativă pentru dinții mai mici (G. gorila. Acest studiu prezintă un prim pas către evaluarea efectelor funcționale ale uzurii dinților și poate chiar să permită includerea dinților uzați în analizele funcționale care iau în considerare relieful ocluzal în trei Am reconstituit o secvență de uzură pentru molarii secundari inferiori ai gorilelor folosind dinți uzați în mod variabil prin scalarea și alinierea acestor dinți într-un mod identic. Apoi am cuantificat aspectele funcționale relevante ale morfologiei pentru comparație. Rezultatele demonstrează potențialul acestei abordări pentru furnizarea unui model de modificări ale formei dinților cu uzura. Modelele secvenței de uzură pot fi comparate între taxoni și analizate pentru relevanța lor pentru funcția dinților.