Um dos avanços definitivos na evolução dos mamíferos foi o desenvolvimento de uma audição altamente sensível. Os mamíferos modernos dependem de um ouvido médio que inclui um tímpano e vários ossículos minúsculos, um sistema que permite a detecção de uma ampla gama de sons de intensidade variável. Esta capacidade provavelmente deu aos primeiros mamíferos, muitos dos quais activos à noite, uma vantagem decisiva na navegação num ambiente dominado pelos dinossauros.
Novas descobertas feitas por paleontólogos da Universidade de Chicago indicam que esta forma avançada de audição apareceu muito antes do que os cientistas pensavam. Com tomografias computadorizadas detalhadas do crânio e da mandíbula Trinaxodon liorhinusancestral dos mamíferos que viveu há cerca de 250 milhões de anos, os pesquisadores usaram modelos de engenharia para testar como o som viajava através de sua anatomia. Isto é evidenciado por seus resultados Trinaxodonte Provavelmente tinha um tímpano grande o suficiente para capturar efetivamente o som transportado pelo ar, o que remonta a quase 50 milhões de anos.
“Durante quase um século, os cientistas têm tentado descobrir como estes animais podem ouvir. Estas ideias capturaram a imaginação dos paleontólogos evolucionistas de mamíferos, mas até agora não tínhamos testes biomecânicos muito fortes”, disse Alec Wilken, um estudante de pós-graduação que liderou o estudo, que foi publicado recentemente no PNAS. “Agora, com nossos avanços na biomecânica computacional, podemos começar a dizer coisas sensatas sobre o que significa a anatomia de como este animal pode ouvir.”
Revisitando uma ideia antiga sobre a audição precoce dos mamíferos
Trinaxodonte pertencia a um grupo de cinodontes, animais do início do Triássico que exibiam uma mistura de características reptilianas e mamíferas. Isso incluía dentes especializados, mudanças no palato e no diafragma que apoiavam respiração e metabolismo mais eficientes e provavelmente características como sangue quente e pêlo. Nos primeiros cinodontes, incluindo Trinaxodonteos ossos do ouvido (martelo, ponta, estribo) ainda estavam conectados à mandíbula. Muito mais tarde na evolução, estes ossos separaram-se para formar o ouvido médio distinto visto nos mamíferos modernos, uma mudança que se acredita ser crítica para uma melhor audição.
Cerca de 50 anos atrás, o paleontólogo Edgar Allin, da Universidade de Illinois em Chicago, sugeriu que os cinodontes, como Trinaxodonte pode ter tido uma membrana esticada através da parte em forma de gancho do maxilar, servindo como uma versão inicial da membrana timpânica dos mamíferos. Na época, a maioria dos pesquisadores pensava que esses animais detectavam o som principalmente por meio da condução óssea, ou através da chamada “escuta da mandíbula”, pressionando a mandíbula inferior contra o solo para sentir as vibrações. A ideia de Allin era intrigante, mas não havia nenhuma maneira prática de testar se tal membrana poderia realmente transmitir som no ar.
Transformando fósseis antigos em cobaias digitais
Os avanços na tecnologia de imagem revolucionaram a paleontologia, permitindo aos cientistas extrair informações detalhadas dos fósseis sem danificá-los. Wilken e seus colegas, Zhe-Xi Luo, Ph.D., e Callum Ross, Ph.D., ambos professores de biologia e anatomia, examinaram o bem estudado Trinaxodonte espécime da Universidade da Califórnia, Museu de Paleontologia de Berkeley, no Laboratório PaleoCT da UChicago. A varredura criou um modelo 3D de alta resolução do crânio e da mandíbula que capturou as formas, ângulos e dimensões exatos necessários para avaliar como um potencial tímpano poderia funcionar.
A equipe então usou um software de engenharia chamado Strand7 para realizar análises de elementos finitos. Este método divide uma estrutura complexa em muitos pequenos componentes, cada um dos quais possui propriedades físicas específicas. É comumente usado para estudar como as pontes suportam o peso, como as aeronaves lidam com cargas ou como o calor se move através dos motores. Neste caso, os pesquisadores modelaram como trinaxodona 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 em animais vivos.
Evidência para uma audiência aérea antecipada
A simulação deu um resultado preciso. A membrana timpânica localizada dentro da parte curva do osso maxilar permitiria Trinaxodonte ouvir sons transmitidos pelo ar é muito mais eficiente do que confiar apenas na condução óssea. O tamanho e a forma simulados da membrana produziram vibrações fortes o suficiente para mover os ossículos do ouvido, estimular os nervos auditivos e detectar uma gama de frequências sonoras. Embora a sensação de vibração baseada nas mandíbulas provavelmente ainda desempenhasse um papel, o tímpano poderia ter controlado grande parte da audição do animal.
“Depois que obtivermos um modelo de tomografia computadorizada de um fóssil, poderemos pegar as propriedades materiais dos 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 a vibração através do som é, de fato, como este animal podia ouvir.”
Wilken enfatizou que as ferramentas modernas finalmente tornaram possível testar a questão de décadas. “É por isso que é um problema tão legal de estudar”, disse ele. “Abordamos um sério problema conceitual, isto é, ‘como os ossos do ouvido se movem em um fóssil de 250 milhões de anos?’ – e testou uma hipótese simples com essas ferramentas sofisticadas. E acontece em Trinaxodonteo tímpano faz um ótimo trabalho sozinho.”
Um estudo intitulado “Biomecânica do ouvido médio da mandíbula cinodonte” Trinaxodonte e a evolução da audição dos mamíferos”, foi apoiado pela UChicago, pelos Institutos Nacionais de Saúde e pela National Science Foundation. Chelsie CG Snipes, da UChicago, também foi autora.
