تُعدّ الأسنان السيفيّة – الأنياب الطويلة والحادة الشبيهة بالسكّين – أحد أكثر التكيّفات الأسنان تطرفًا في الطبيعة. 🔪

لقد تطوّرت خمس مرات على الأقلّ طوال تاريخ الثدييات، وهي مثالٌ كلاسيكيّ للتّقارب. 🧐 هذا يعني أنّ هياكلٍ مشابهة تطورت بشكلٍ مستقلّ في مجموعات حيوانية غير ذات صلة.

بغياب أيّ ممثلين حيّين، ناقش العلماء لفتراتٍ طويلة كيف استخدمت هذه الحيوانات المفترسة أسنانها المُرعبة، ولماذا تطوّر هذا الشكل المتطرف من الأسنان في كثيرٍ من الأحيان.

يقدّم بحثنا الجديد، المنشور اليوم في مجلة علم الأحياء الحاليّة، إجابةً. 💡 لقد وجدنا أن الأسنان السيفيّة المتطرفة مثالية وظيفيًا، مما يعني أن شكلها قدّم ميزة حقيقية كأسلحة متخصصة.

كانت أشكالها النحيلة والحادة مثاليةً لثقب الفريسة. ومع ذلك، جاء ذلك بتكلفة: كانت الأسنان السيفيّة أضعف أيضًا وأكثر عرضةً للكسر.

هذه النتائج مهمة لأنّها تساعدنا على فهم أفضل لكيفية تطور التكيفات الشديدة عبر الطبيعة. كما أنّها تقدم رؤى في مبادئ التصميم الأمثل التي تتجاوز علم الأحياء لتشمل الهندسة والتكنولوجيا.

حيوانات مفترسة ذات أسنان سيف عبر الزمن

تجولت حيوانات مفترسة ذات أسنان سيف في النظم البيئية حول العالم، ووجدت أحافيرها في أمريكا الشمالية، وأوروبا، وأفريقيا، وآسيا. 🗺️

السمة المميزة لها هي أسنانها السيفيّة، وهي نوع مميز من الأسنان الأنبوبية. هذه الأسنان طويلة، حادة، مضغوطة جانبيًا (مسطحة من الجانبين) ومنحنية. 🦷

هذا يختلف عن أسنان القطط الكبيرة الحديثة مثل الأسود والنّمر، التي تتميّز بأسنان أنبوبية قصيرة، قوية، مخروطية الشكل.

ظهر هذا السنّ الأيقونيّ قبل حوالي 265 مليون سنة في مجموعة من الزواحف الشبيهة بالثدييات تُدعى الغُرغونوصورات. 🦖

خلال ملايين السنين، تطوّرت الأسنان السيّفيّة مرارًا وتكرارًا في مجموعات مختلفة من الثدييات آكلة اللحوم، مثل ثايلاكوسميلوس و”القطط” السيّفيّة المزيفة مثل باربوروفيلس.

المفترس الأكثر شهرة ذو الأسنان السيفيّة هو سميلودون، واستمر وجوده حتى قبل 10,000 عام فقط. 😲

يمكنك مشاهدة نموذج ثلاثي الأبعاد لـ سميلودون فاتايلس أدناه. تمّ رقمنة هذا النموذج من نموذج مُصوّر من متحف التاريخ الطبيعي في مقاطعة لوس أنجلوس.

بناءً على أبحاث موسّعة، هناك إجماع عام على أن هذه الحيوانات المفترسة كانت تستهدف بشكل رئيسي الفرائس الكبيرة، وتُلحق جروحًا بقطع الأنسجة الرّخوة في حنجرة الفريسة باستخدام عضلات عنق قويّة. 💪

يُعتقد أن أسنانهم قدّمت ميزةً في القيام بذلك، مُساعدةً إياهم على إِيلْداء القُتْل بِاللّقْمَةِ.

اختبارُ التبادُلِ بين قُوَّةِ الثُقْبِ وقُوَّةِ المقاومةِ

اختبرنا ما إذا كان شكل الأسنان السيفيّة توازُنًا مثاليًا بين حاجتين متنافستين: الحدة لثقب الفريسة، والقوة لمقاومة الكسر. 🤔

أجرينا تحليلاً واسع النطاق لأكثر من 200 سنٍّ مُختلفةٍ من الحيواناتِ المُفترسةِ، بما في ذلك الأنواع المنقرضة ذات الأسنان السيّاف، والحيوانات الحديثة. 🔬

ثم اختبرنا أداء مجموعة فرعية من هذه الأسنان أثناء العض من خلال تجربتين. 🧪

قمنا بطباعة نماذج الأسنان ثلاثية الأبعاد من الفولاذ المقاوم للصدأ، ودفعناها في كتلة من الجيلاتين (محاكية لحم الفريسة) لقياس مقدار القوة اللازمة للثقب. استخدمنا نسخًا معدنية من الأسنان لمنع انحناءها أثناء التجربة، وضمان دقة قياس قوة الثقب.

كما أجرينا محاكاة هندسية لاختبار مقدار الإجهاد الذي تعرضت له أشكال الأسنان المختلفة تحت قوى العض. 📐

وأخيرًا، أجرينا اختبارًا “للوُجود الأمثل” لتحديد أشكال الأسنان التي حققت التوازن الأمثل بين كفاءة الثقب والقوة.

أشكال الأسنان السيفيّة المتطرفة هي الأمثل

تكشف نتائجنا أنّ الأشكال المتطرفة من الأسنان السيفيّة، مثل سميلودون، كانت مُحسّنةً لثقب الفريسة بقوةٍ مُنخفضةٍ. ومع ذلك، كانت أكثر عرضةً للكسر تحت ضغطٍ عالي.

الأشكال الأقل تطرفًا من الأسنان السيفيّة كانت مثاليةً أيضًا، ولكن بطريقةٍ مختلفة. لقد حققت توازنًا أفضل بين كفاءة الثقب والقوة. ⚖️

حلٌّ ملفتٌ للنظر

تساعد هذه النتائج على شرح سبب تطور أسنان السيف الشديدة مرات عديدة، على الأرجح مدفوعةً بالانتقاء الطبيعي من أجل تصميمٍ مثالي. كما أنها توفر تفسيرًا محتملًا لانقراضها النهائي.

قد يكون تخصصهم المتزايد قد عمل كـ “رافعة تطورية”، مما جعلهم صيادين فعّالين للغاية، ولكنهم أصبحوا أيضًا أكثر عرضةً للانقراض عندما تغيرت النظم البيئية، وأصبحت فرائسهم نادرة.

كما توفر دراستنا رؤى أوسع حول كيفية تطور التكيّفات المتطرفة في الأنواع الأخرى. من خلال دمج علم الميكانيكا الحيوية مع نظرية التطور، يمكننا فهم أفضل لكيفية تشكيل الانتقاء الطبيعي للكائنات الحية لأداء مهام متخصصة.

يمثل شكل السنّ السيفيّة حلًا لافتًا لتحدٍ ميكانيكي أساسي، حيث يوازن بين الكفاءة والقوة – وهو ما ينعكس أيضًا في الأدوات المصنوعة من صنع الإنسان.

إنّ هذا التبادل بين الحدة والمتانة هو اعتبار رئيسي في الهندسة، مما يؤثر على تصميم كل شيء بدءًا من مقصات الجراحة وحتى شفرات القطع الصناعية.

المصدر: المصدر

ملاحظة: تعمل الكاتبة حاليًا في جامعة بريستول، وتُعرب عن امتنانها للدعم السخي الذي تلقتها منها طوال فترة البحث.

تاهليا بولوك، زميلة بحث ما بعد الدكتوراه، مختبر إيفانز إيفو مورف، جامعة موناش.

نُشِر هذا المقال من جديد من قبل موقع المحادثة بموجب ترخيص المشاع الإبداعي. اقرأ المقال الأصلي هنا: الرابط الأصلي.