铲齿象类(amebelodontids)摄食行为相关的下颌形态学分化及力学适应

铲齿象类(amebelodontids)是一类下颌特化为铲状形态的化石长鼻类,对于其下颌的功能形态学的认识在不断提升之中.早期的观点认为铲齿象各属种均生活在近水区域,用宽扁的下颌和下门齿摄食水草;近期通过研究牙齿微磨痕认为,铲齿象不同属种的摄食行为有差异,其中铲门齿象属(Amebelodon)摄食方式非常灵活多样,铲齿象属(Platybelodon)则特化为以下颌和下门齿切割植物的摄食方式.虽然摄食方式是一个典型的力学问题,但尚无从力学角度对铲齿象类摄食方式的研究和论证.本研究通过建立铲齿象属和铲门齿象属的平面下颌有限元力学模型,分析了在"挖掘"和"切割"两种工况下,铲齿象属和铲门齿象属两个模型在力学响应方面的差异.结果证明,铲门齿象下颌模型的力学性能在总体上优于铲齿象模型.这表现在,在相同主动力(肌肉收缩力)的条件下,铲门齿象模型可以对抗较大的远端外力矩载荷;在相同的外力载荷下,尤其是在"挖掘"工况的外力载荷下,铲门齿象模型的最大von Mises等效应力往往要小于铲齿象模型,这符合铲门齿象在演化中的优势积累;同时,铲门齿象模型在"挖掘"和"切割"两种工况下,各项力学响应的指标均无明显差异,支持铲门齿象摄食方式非常灵活多样的论点.另一方面,铲齿象模型在"切割"工况下的力学响应具有一些突出的优势.首先,在相同主动力条件下,铲齿象模型在远端的"切割"力输出要远大于铲门齿象模型;其次,在相同的"切割"外力载荷下,铲齿象模型的总体应变能要小于铲门齿象模型;第三,在"切割"工况下,铲齿象模型的最大von Mises等效应力比在"挖掘"外力载荷下有了很大的改善,与铲门齿象模型在同样大的"切割"外力载荷下的最大von Mises等效应力相差无几.以上结果支持铲齿象属特化的切割植物的摄食方式.形态学在力学方面的优劣是两种铲齿象类具有不同的摄食行为的直接证据,因此本研究比前人的研究更加深入了一步,也为研究长颌象类史前广泛的适应辐射提供了新的方法学参考.