Vergleichende computergestützte funktionsmorphologische Analyse an Molaren cercopithecoider Primaten

Die Analyse funktioneller Zusammenhänge zwischen Ernährung und Zahnmorphologie ist ein wichtiger Aspekt primatologischer und paläontologischer Forschung. Als überdauernder Teil des Verdauungssystems geben Zähne die bestmöglichen Hinweise auf die Ernährungsstrategien (ausgestorbener) Arten und eine Fülle weiterer Informationen. Aufgrund dessen ist es für die wissenschaftliche Arbeit von größter Bedeutung, die Zähne so detailliert und exakt wie möglich in ihrer gesamten Struktur zu erfassen. Bisher wurden zumeist zweidimensionale Parameter verwendet, um die komplexe Kronenmorphologie von Primatenmolaren vergleichend zu untersuchen. Die vorliegende Arbeit hatte das Ziel, Zähne verschiedener Arten von Altweltaffen mittels computerbasierter Methoden dreidimensional zu erfassen und neue Parameter zu definieren, mit denen die Form dieser Zähne objektiv erfasst und funktionell interpretiert werden kann. Mit einem Oberflächen-Scanner wurden die Gebisse einer Stichprobe von insgesamt 48 Primaten von fünf verschiedenen Arten eingescannt und mit Bildverarbeitungsmethoden so bearbeitet, dass dreidimensionale digitale Modelle einzelner Backenzähne zur Analyse vorlagen. Es wurden dabei sowohl Arten ausgewählt, die eine für ihre Gattung typische Ernährungsweise besitzen - also Frugivorie bei den Cercopithecinen und Folivorie bei den Colobinen - als auch solche, die eine davon abweichende Alimentation bevorzugen. Alle Altweltaffen haben sehr ähnliche Molaren. Colobinen haben jedoch höhere und spitzere Zahnhöcker, dünneren Zahnschmelz und scheinen ihre Zähne weniger stark abzukauen als die Meerkatzen. Diese Beobachtungen konnten mit Hilfe der neuen Parameter quantifiziert werden. Aus der 3D-Oberfläche und der Grundfläche der Zähne wurde ein Index gebildet, der die Stärke des Oberflächenreliefs angibt. Dieser Index hat bei Colobinen deutlich höhere Werte als bei Cercopithecinen, auch bei Zähnen, die schon stark abgekaut sind. Die Steilheit der Höcker und ihre Ausrichtung wurden außerdem gemessen. Auch diese Winkelmessungen bestätigten das Bild. Je höher der Blätteranteil an der Ernährung ist, desto höher sind die Indexwerte und umso steiler sind die Höcker. Besonders wichtig war es, dies auch für abgekaute Zähne zu bestätigen, die bisher nicht in funktionelle Analysen miteinbezogen wurden. Die Ausrichtung der Höckerseiten gibt Hinweise auf die Kaubewegung, die zum effizienten Zerkleinern der Nahrung notwendig ist. Die Ausrichtung der Höcker der Colobinen deutet darauf hin, dass diese Primaten flache, gleitende Kaubewegungen machen, bei denen die hohen Höcker aneinander vorbei scheren. Dies ist sinnvoll zum Zerschneiden von faserreicher Nahrung wie Blättern. Cercopithecinen scheinen ihre Backenzähne eher wie Mörser und Stößel zu verwenden, um Früchte und Samen zu zerquetschen und zu zermahlen. Je nachdem, was neben der hauptsächlichen Nahrung noch gekaut wird, unterscheiden sich die Arten graduell. Anders als bisher vermutet wurde, konnte gezeigt werden, dass Colobinen trotz des dünnen Zahnschmelzes ihre Zähne weniger stark abkauen und weniger Dentin freigelegt wird. Dies gibt eindeutige Hinweise auf die Unterschiede in der mechanischen Belastung, die während des Kauvorgangs auf die Zähne wirkt, und lässt sich gut mit der Ernährung der Arten in Zusammenhang bringen. Anhand dieser modellhaften Beobachtungen können in Zukunft ausgestorbene Arten hinsichtlich ihrer Ernährungsweise mit 3D-Techniken untersucht werden.Analysing functional interrelation between diet and tooth morphology is a crucial aspect of primatology and paleontology. As remaining structure of the digestive system, teeth give insight into the dietary regime of extant and extinct species and a plethora of further information. Therefore, it is crucial for scientific work to describe the teeth as exact and in as much detail as possible. To date, mostly two dimensional parameters have been used to examine the complex crown morphology of primate molars. The aim of the present work was to capture teeth from different cercopithecoid species three-dimensionally with computer based methods and to define new parameters that allow objective measuring of the form and functional interpretation of these teeth. The dentition of 48 primates, representing 5 different species, were scanned with a surface scanner and edited with image processing tools so that three dimensional digital models of single molars were ready for analysis. Species were chosen according to either have a diet typical for its genus – i.e., frugivory in cercopithecines and folivory in colobines – or having a diet different from that. As a result, the sample comprised a specialized folivore: Piliocolobus badius badius, one leaf and seed-eater: Procolobus verus verus, a specialized frugivore: Cercopithecus nictitans nictitans, a generalized frugivore that eats also a lot of leaves: Cercopithecus l’hoesti, and a generalized frugivore: Chlorocebus aethiops aethiops. All cercopithecoids have very similar molars. Nontheless, Colobines have higher and more pointed cusps, relatively thinner tooth enamel, and seem to wear down their teeth less severely than cercopithecines. With the help of new parameters, these observations were able to be quantified. An index was calculated from the 3d surface and the tooth base that expresses the magnitude of the surface relief. This index has considerably higher values in colobines, also in teeth that are worn down. The steepness of the cusps slopes and their orientation were also measured. These measurements confirm this picture. The higher the amount of leaves in the diet, the higher are the index values and the steeper are the cusp slopes. It was especially important to show this to be the case also in worn teeth that so far have not been included in functional analyses. The orientation of the cusp slopes give insight into chewing movents that are needed to efficiently process the diet. The orientation of colobine cusp slopes points to flat, gliding chewing movements during which the cusps glide past one another. This is efficient in slicing fibrous diet like leaves. Cercopithecines seem to use their molars more in a mortar-and-pestle-kind of way in order to crush and grind fruits and seeds. According to what else is eaten in addition to the main alimentation, the species differ gradually. Unlike it has widely been postulated so far, colobines do wear down their teeth less and expose less dentine, despite their thin enamel. This gives clear evidence of the different mechanical load that is put onto the molars during mastication and can be well connected with the species’ alimentation. With the help of these exemplary observations, extinct species can now be examined regarding their dietary regime with the help of 3d techniques