Os elefantes são os maiores mamíferos terrestres e uma de suas características mais marcantes são os troncos macios e flexíveis. Nos estágios iniciais da evolução dos elefantes, incluindo as épocas do Oligoceno e do Mioceno, todos os elefantes tinham mandíbulas extremamente alongadas e incisivos inferiores. Especialmente durante o período inicial e médio do Mioceno, a morfologia das mandíbulas e incisivos inferiores mostrou uma alta diversidade.
Como os elefantes nesse período usavam suas mandíbulas e incisivos inferiores de vários formatos para se alimentar? Qual o papel da tromba do elefante no processo de alimentação? No entanto, no último Mioceno e no Plioceno, as mandíbulas inferiores alongadas dos elefantes foram inesperada e invariavelmente encurtadas. Quais são os mecanismos internos deste lendário processo evolutivo?
△A posição dos filodontídeos, dos filodontídeos e dos filodontídeos na filogenia, bem como a comparação das características morfológicas das regiões mandibular e nasal dos três elefantes
Em resposta a essas perguntas, pesquisadores como Li Chunxiao, pós-doutorado na Universidade da Academia Chinesa de Ciências, Wang Shiqi e Deng Tao, pesquisadores do Instituto de Paleontologia e Paleoantropologia de Vertebrados da Academia Chinesa de Ciências, e o professor Zhang Ji da Universidade Huazhong de Ciência e Tecnologia, conduziram pesquisas aprofundadas sobre a diversidade e evolução da mandíbula probóscide, bem como sua co-evolução com a tromba do elefante, e revelaram os métodos de alimentação dos primeiros elefantes e a evolução única de órgãos relacionados. Os resultados relevantes foram publicados na revista acadêmica internacional eLife em 28 de novembro.
△A abundância relativa de três tipos de elefantes de mandíbula longa do Mioceno Inferior ao Médio no norte da China, o valor do isótopo δ13C do esmalte dos dentes, bem como as assembleias fósseis de elefantes e idades biológicas correspondentes em diferentes locais
Este estudo aponta que já no período ideal do clima do Mioceno médio, de 17 a 15 milhões de anos atrás, a espécie estrela entre os primeiros elefantes, Platybelodon com uma mandíbula em forma de pá, desenvolveu um método de usar seu tronco para embrulhar plantas e cooperar com suas mandíbulas para cortar plantas para comer. Esta é a primeira evidência de que a tromba do elefante realizou a função de enrolamento. Este estudo conduziu um estudo comparativo sobre a morfologia funcional de três tipos principais de mastodonte de mandíbula longa: Shovelodon, Cogodon e Bogodon. Suas formas mandibulares são diferentes: Shoveldon tem incisivos inferiores largos e planos como pás, e os incisivos superiores são mais curtos e curvados para baixo. Faixa de esmalte; os incisivos inferiores do Cogodon são em forma de taco e os incisivos superiores são mais longos, também curvados para baixo e possuem faixas de esmalte; Bogodon não possui incisivos inferiores, mas a sínfise mandibular é alongada e em formato de sulco, e os incisivos superiores são grossos e curvados para fora e para cima, sem faixas de esmalte. Além disso, as características da área nasal também são diferentes. Comparado com os outros dois tipos de elefantes primitivos, o elefante com dentes de pá tem o menor osso nasal e a estrutura mais complexa ao redor das narinas, superando até mesmo o grau de evolução dos elefantes vivos. Todas essas características esqueléticas relacionadas ao nariz indicam que os elefantes Shovedon têm um nariz muito desenvolvido (quanto menor o osso nasal, mais desenvolvida é a tromba).
△ Resultados da análise da mecânica dos elementos finitos e reconstrução do ambiente paleoecológico (pintado por Guo Xiaocong)
A fim de revelar profundamente os hábitos e métodos alimentares dos três elefantes, a equipe de pesquisa utilizou uma variedade de métodos de pesquisa. Entre eles, a análise de isótopos estáveis de carbono e oxigênio do esmalte dentário e a análise da mecânica dos elementos finitos tornaram-se os principais meios para reconstruir o comportamento alimentar desses primeiros elefantes: isótopos estáveis de carbono e oxigênio do esmalte dentário forneceram evidências das diferentes preferências alimentares dos três elefantes; a análise da mecânica dos elementos finitos tornou-se o meio chave para restaurar os métodos de alimentação.
Os resultados da pesquisa mostram que o elefante com dentes em pá, a ambrósia e o códon tinham diferentes métodos de alimentação e ambientes de vida: o elefante com dentes em pá vivia em um ambiente relativamente aberto e suas mandíbulas só eram adequadas para cortar plantas que cresciam verticalmente. O elefante com dentes de pá usou sua tromba flexível para se enrolar nas plantas e depois usou suas mandíbulas para cortar horizontalmente. Este método de alimentação é muito eficiente. O javali-odon vive em ambiente relativamente fechado e é adequado para cortar galhos que crescem horizontalmente ou obliquamente. Ele usa o nariz para auxiliar na pressão dos galhos e depois coopera com as mandíbulas para completar a alimentação. O habitat do códon está entre os dois ou se sobrepõe a ambos. Seus métodos de alimentação são diversos e pode se adaptar bem tanto a florestas quanto a pastagens. Para os primeiros elefantes, a mandíbula alongada e os incisivos inferiores eram os principais órgãos de alimentação, enquanto a tromba era usada apenas como ferramenta auxiliar. Os primeiros elefantes com diferentes formatos mandibulares tinham diferentes adaptabilidades ecológicas. À medida que o ambiente ecológico tornou-se gradualmente seco e frio, os elefantes com dentes de pá foram mais capazes de se adaptar ao ambiente ecológico relativamente aberto e de se alimentar de plantas herbáceas, o que acabou por promover o desenvolvimento da função de preensão e flexibilidade da tromba do elefante.
△Modelo de restauração tridimensional de Spodoptera (produzido por Wang Yu)
A expansão dos spadedons para habitats abertos foi encerrada pelo evento de extinção, incluindo os spadedons, causado pelo evento de calor extremo de Tortona no início do final do Mioceno. No entanto, os códons substituíram os spadedons e continuaram a se espalhar em habitats abertos no final do Mioceno. À medida que as trombas continuaram a evoluir para uma maior flexibilidade e funções de preensão mais fortes, a função de alimentação dos elefantes foi completamente transferida para a tromba, o que acabou por levar ao encurtamento dos órgãos de alimentação originais, o maxilar inferior e os incisivos inferiores. Portanto, a adaptabilidade do comportamento alimentar em ambientes abertos é o “catalisador” para a evolução da função de preensão da tromba do elefante. Este estudo fornece evidências importantes para a nossa compreensão do contexto evolutivo e ecológico da tromba e da mandíbula deste importante grupo de elefantes, e fornece novos insights sobre como a probóscide se adapta ao seu ambiente e como as mudanças ambientais moldam a evolução de órgãos únicos.
(Repórter de CCTV Shuai Junquan e Chu Erjia)