Come i cambiamenti climatici potrebbero aver modellato la proboscide dei primi elefanti

Lo studio, pubblicato oggi come preprint revisionato da eLife, combina molteplici analisi per ricostruire i comportamenti alimentari negli estinti elefantiformi longirostrini, mammiferi simili a elefanti caratterizzati da mascelle e zanne inferiori allungate. Il lavoro è descritto dagli editori come fondamentale per la nostra comprensione di come la mascella inferiore allungata e i lunghi tronchi si siano evoluti in questi animali durante l’epoca del Miocene, circa 11-20 milioni di anni fa. Fornisce prove convincenti della diversità di queste strutture nei gomphotheres longirostrini e delle loro probabili risposte evolutive ai cambiamenti climatici globali.

I risultati potrebbero anche far luce sul motivo per cui gli elefanti moderni sono gli unici animali in grado di nutrirsi utilizzando la proboscide.

I gomphotheres longirostrini fanno parte della famiglia dei proboscidati, un gruppo di mammiferi che include gli elefanti e noti per i loro tronchi allungati e versatili. I gomphotheres longirostrini sono notevoli in quanto hanno subito una fase evolutiva prolungata caratterizzata da una mascella inferiore, o mandibola, eccezionalmente allungata, che non si trova nei proboscidati successivi. Si pensa che la loro mandibola e il loro tronco allungati possano essersi co-evoluti in questo gruppo, ma questo cambiamento tra i proboscidati primi e tardivi rimane non completamente compreso.

“Durante il Miocene medio-alto, i gomphotheres fiorirono in tutta la Cina settentrionale”, afferma l’autore principale, il dottor Chunxiao Li, ricercatore post-dottorato presso l’Università dell’Accademia cinese delle scienze, Pechino, Cina. “Tra le specie c’era un’enorme diversità nella struttura della lunga mandibola. Abbiamo cercato di spiegare perché i proboscidati hanno sviluppato la lunga mandibola e perché successivamente è regredita. Volevamo anche esplorare il ruolo del tronco nei comportamenti alimentari di questi animali, e contesto ambientale per la coevoluzione delle loro mandibole e dei loro tronchi.”

Li e colleghi hanno utilizzato indagini comparative funzionali ed eco-morfologiche, nonché un’analisi delle preferenze alimentari, per ricostruire il comportamento alimentare di tre principali famiglie di gomphotheres longirostrini: Amebelodontidae, Choerolophodontidae E Gomphotheriidae.

Per costruire i comportamenti alimentari e determinare la relazione tra mandibola e tronco, il team ha esaminato il cranio e le mascelle inferiori dei tre gruppi, provenienti da tre diversi musei. La struttura della mandibola e delle zanne differiva nei tre gruppi, indicando differenze nei comportamenti alimentari. Le mandibole di Amebelodontidae erano generalmente simili a pale e le zanne erano piatte e larghe. Gomphotheriidae aveva le zanne inferiori bastonate e una mandibola più stretta, mentre Choerolophodontidae mancavano completamente di zanne mandibolari e la loro mascella inferiore era lunga e simile a un trogolo.

Successivamente, il team ha condotto un’analisi degli isotopi dello smalto degli animali per determinare la distribuzione e le nicchie ecologiche delle tre famiglie. I risultati lo hanno indicato Choerolphontidae viveva in un ambiente relativamente chiuso, mentre Platybelodonmembro del Amebelodontidae famiglia, viveva in un habitat più aperto, come le praterie. Gomphotheriidae sembrava riempire una nicchia da qualche parte tra questi habitat chiusi e aperti.

Un’analisi agli elementi finiti ha aiutato il team a determinare i vantaggi e gli svantaggi della struttura della mandibola e della zanna in ciascun gruppo. I loro dati indicavano che il Choerolophodontidae la mandibola era specializzata nel tagliare piante a crescita orizzontale o obliqua, il che potrebbe spiegare l’assenza di zanne mandibolari. IL Gomphotheriidae si è scoperto che la mandibola era ugualmente adatta per tagliare piante che crescono in tutte le direzioni. Platybelodon avevano strutture specializzate per il taglio di piante a crescita verticale, come le erbe a stelo tenero, che sarebbero state più comuni negli ambienti aperti.

Le tre famiglie hanno mostrato differenze anche negli stadi di evoluzione del tronco, che potrebbero essere dedotti dalla struttura nariale, la regione che circonda le narici. La regione nariale in Choerolophodontidae suggerivano che avessero un tronco relativamente primitivo e goffo. In Gomphotheriidae, la regione nariale era molto simile a quella degli elefanti moderni, suggerendo che avessero un tronco relativamente flessibile. I tronchi di Platybelodonti potrebbe essere il primo esempio di tronco proboscidato con la capacità di avvolgersi e afferrarsi. Il livello evolutivo del tronco sembrava essere correlato alla capacità della mandibola di tagliare orizzontalmente, suggerendo fortemente una coevoluzione tra il tronco e la mandibola nei gomphotheres longirostrini.

Durante la transizione climatica del Medio Miocene, che causò il prosciugamento regionale e l’espansione di ecosistemi più aperti, Choerolophodontidae sperimentato un’improvvisa estinzione regionale e Gomphotheriidae i numeri sono diminuiti anche nella Cina settentrionale. Lo studio suggerisce che lo sviluppo del tronco attorcigliato e afferrante Platybelodon ha permesso a questo gruppo di sopravvivere in numero maggiore nei loro ambienti aperti. Ciò potrebbe anche spiegare perché altri animali dotati di proboscide, come i tapiri, non hanno mai sviluppato proboscidi così agili come gli elefanti, poiché non si sono mai spostati in terre aperte.

“Il nostro team interdisciplinare è dedicato all’introduzione di molteplici metodi di ricerca quantitativa per esplorare la paleontologia”, afferma il coautore Ji Zhang, professore associato di ingegneria strutturale presso l’Università di Scienza e Tecnologia di Huazhong, Wuhan, Cina. “La moderna meccanica computazionale e la statistica hanno iniettato nuova vitalità nella tradizionale ricerca sui fossili.”

Secondo gli editori di eLife, il limite principale di questo lavoro è la mancanza di discussioni che confrontino i risultati del team con lo sviluppo del gigantismo e degli arti lunghi nei proboscidati dello stesso periodo. Gli autori aggiungono che tale analisi potrebbe contribuire alla nostra comprensione di come il cambiamento dei comportamenti alimentari sia correlato a differenze più ampie nelle forme e dimensioni del corpo degli animali durante questo periodo.

“I nostri risultati dimostrano che molteplici eco-adattamenti hanno contribuito alla diversa struttura mandibolare trovata nei proboscidati”, conclude l’autore senior Dr. Shi-Qi Wang, professore presso il Laboratorio Chiave dell’Evoluzione dei Vertebrati e delle Origini Umane dell’Accademia Cinese delle Scienze. “Inizialmente, la mandibola allungata fungeva da organo di alimentazione primario nei proboscidati ed era un prerequisito per lo sviluppo del tronco estremamente lungo. Il pascolo in terreni aperti ha guidato lo sviluppo delle funzioni di avvolgimento e presa del tronco, e il tronco è poi diventato lo strumento principale per l’alimentazione, portando alla progressiva perdita della lunga mandibola. Platybelodonti potrebbe essere stato il primo proboscidato ad evolvere questo comportamento di pascolo.”