Los elefantes son los mamíferos terrestres más grandes y una de sus características más llamativas es su trompa suave y flexible. En las primeras etapas de la evolución de los elefantes, incluidas las épocas del Oligoceno y Mioceno, todos los elefantes tenían mandíbulas e incisivos inferiores extremadamente alargados. Especialmente durante el período Mioceno temprano y medio, la morfología de las mandíbulas y los incisivos inferiores mostró una gran diversidad.
¿Cómo utilizaban los elefantes durante este período sus mandíbulas e incisivos inferiores de diversas formas para alimentarse? ¿Qué papel juega la trompa del elefante en el proceso de alimentación? Sin embargo, en el Mioceno y Plioceno posteriores, las alargadas mandíbulas inferiores de los elefantes se acortaron inesperada e invariablemente. ¿Cuáles son los mecanismos internos de este legendario proceso evolutivo?
△La posición de los filodóntidos, los filodóntidos y los filodóntidos en la filogenia, así como la comparación de las características morfológicas de las regiones mandibular y nasal de los tres elefantes.
En respuesta a estas preguntas, investigadores como Li Chunxiao, becario postdoctoral de la Universidad de la Academia de Ciencias de China, Wang Shiqi y Deng Tao, investigadores del Instituto de Paleontología y Paleoantropología de Vertebrados de la Academia de Ciencias de China, y el profesor Zhang Ji de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong, llevaron a cabo una investigación en profundidad sobre la diversidad y evolución de la mandíbula de la probóscide, así como su coevolución con la trompa del elefante, y revelaron la alimentación. métodos de los primeros elefantes y la evolución única de órganos relacionados. Los resultados relevantes se publicaron en la revista académica internacional eLife el 28 de noviembre.
△La abundancia relativa de tres tipos de elefantes de mandíbula larga del Mioceno temprano al medio en el norte de China, el valor del isótopo δ13C del esmalte dental, así como los conjuntos de fósiles de elefantes y las edades biológicas correspondientes en diferentes lugares.
Este estudio señala que ya en el período óptimo climático del Mioceno medio, hace 17 a 15 millones de años, la especie estrella entre los primeros elefantes, Platybelodon con una mandíbula en forma de pala, había desarrollado un método para usar su trompa para envolver plantas y cooperar con sus mandíbulas para cortar plantas para comer. Ésta es la primera evidencia de que la trompa del elefante ha realizado la función de curvatura. Este estudio realizó un estudio comparativo sobre la morfología funcional de tres tipos principales de mastodonte de mandíbula larga: Shovelodon, Cogodon y Bogodon. Sus formas mandibulares son diferentes: Shoveldon tiene incisivos inferiores anchos y planos como palas, y los incisivos superiores son más cortos y curvados hacia abajo. Banda de esmalte; los incisivos inferiores de Cogodon tienen forma de maza y los incisivos superiores son más largos, también curvados hacia abajo y tienen bandas de esmalte; Bogodon no tiene incisivos inferiores, pero la sínfisis mandibular es alargada y tiene forma de surco, y los incisivos superiores son gruesos y curvados hacia afuera y hacia arriba, sin bandas de esmalte. Además de esto, las características de su zona nasal también son diferentes. En comparación con los otros dos tipos de elefantes primitivos, el elefante con dientes de pala tiene el hueso nasal más pequeño y la estructura más compleja alrededor de las fosas nasales, superando incluso el grado de evolución de los elefantes vivos. Todas estas características esqueléticas relacionadas con la nariz indican que los elefantes Shovedon tienen una nariz muy desarrollada (cuanto más pequeño es el hueso nasal, más desarrollada está la trompa).
△Resultados del análisis de la mecánica de elementos finitos y reconstrucción del entorno paleoecológico (pintado por Guo Xiaocong)
Para revelar en profundidad los hábitos y métodos de alimentación de los tres elefantes, el equipo de investigación utilizó una variedad de métodos de investigación. Entre ellos, el análisis de isótopos estables de carbono y oxígeno del esmalte dental y el análisis de la mecánica de elementos finitos se convirtieron en los medios clave para reconstruir el comportamiento alimentario de estos primeros elefantes: los isótopos estables de carbono y oxígeno del esmalte dental proporcionaron evidencia de las diferentes preferencias alimentarias de los tres elefantes; El análisis de la mecánica de elementos finitos se convirtió en el medio clave para restaurar los métodos de alimentación.
Los resultados de la investigación muestran que el elefante con dientes de pala, la ambrosía y el codón tenían diferentes métodos de alimentación y entornos de vida: el elefante con dientes de pala vivía en un ambiente relativamente abierto y sus mandíbulas solo eran adecuadas para cortar plantas que crecían verticalmente. El elefante con dientes de pala usó su trompa flexible para acurrucarse sobre las plantas y luego usó sus mandíbulas para cortar horizontalmente. Este método de alimentación es muy eficaz. El jabalí vive en un ambiente relativamente cerrado y es adecuado para cortar ramas que crecen horizontal u oblicuamente. Utiliza su nariz para ayudar a presionar las ramas y luego coopera con sus mandíbulas para completar la alimentación. El hábitat del codón está entre los dos o se superpone con ambos. Sus métodos de alimentación son diversos y puede adaptarse bien tanto a bosques como a pastizales. Para los primeros elefantes, la mandíbula alargada y los incisivos inferiores eran los principales órganos de alimentación, mientras que la trompa sólo se utilizaba como herramienta auxiliar. Los primeros elefantes con diferentes formas mandibulares tenían diferente adaptabilidad ecológica. A medida que el entorno ecológico se volvió gradualmente seco y frío, los elefantes con dientes de pala fueron más capaces de adaptarse al entorno ecológico relativamente abierto y alimentarse de plantas herbáceas, lo que en última instancia promovió el desarrollo de la función de agarre y la flexibilidad de la trompa del elefante.
△ Modelo de restauración tridimensional de Spodoptera (producido por Wang Yu)
La expansión de los espadones a hábitats abiertos terminó con el evento de extinción que incluyó a los espadones causado por el evento de calor extremo de Tortona a principios del Mioceno tardío. Sin embargo, los codones sustituyeron a los espadadones y continuaron extendiéndose a hábitats abiertos a finales del Mioceno. A medida que la trompa siguió evolucionando hacia una mayor flexibilidad y funciones de agarre más fuertes, la función alimentaria de los elefantes se transfirió por completo a la probóscide, lo que finalmente condujo al acortamiento de los órganos alimentarios originales, la mandíbula inferior y los incisivos inferiores. Por lo tanto, la adaptabilidad del comportamiento alimentario en ambientes abiertos es el "catalizador" para la evolución de la función de agarre de la trompa del elefante. Este estudio proporciona evidencia importante para nuestra comprensión de los antecedentes evolutivos y ecológicos de la trompa y la mandíbula de este importante grupo de elefantes, y proporciona nuevos conocimientos sobre cómo la probóscide se adapta a su entorno y cómo los cambios ambientales dan forma a la evolución de órganos únicos.
(Reportero de CCTV Shuai Junquan y Chu Erjia)