Bugün öğrendim ki: Komodo ejderlerinin demir kaplı dişlere sahip olduğu
Komodo ejderhasının demir kaplı dişleri
V. komodoensis'in iskelet ve sıvı içinde muhafaza edilmiş örneklerinin dişlerinin ilk incelememiz, diş yapılarının gözden kaçırılmış bir özelliğini ortaya koydu: Tüm aşınmamış diş taç uçları ve testere dişleri turuncu renklidir (Şekil 1 ve Ek Tablo 1). Patlamış ve patlamamış dişler eşit derecede pigmentlidir, bu da beslenmeden kaynaklanan bir lekelenme olmadığını gösterir (Şekil 1 ve Ek Şekil 1). Turuncu renklenme, taç uçlarına daha yakın olan testere dişlerinde en yoğundur, tacın geri kalanı ise şeffaf mineyle kaplı olup, alttaki dentini beyaz gösterir. Hem patlamış hem de patlamamış dişleri görüntülemek için lazerle uyarılmış flüoresans (LSF)13 kullanıldığında pigmentasyon daha da belirginleşir; burada çevreleyen mine parlak bir şekilde floresan olur ve pigmentli testere dişleri ve uçlar koyu görünür (Şekil 1d,e).
Benzer mine pigmentasyonu özel memeli dişlerinde de bulunur14; ancak bu özellik daha önce etobur bir sürüngende hiç rapor edilmemiştir. V. komodoensis'in testere dişlerinin ve diş apekslerinin asitle aşındırılmış kesitlerinin taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntülemeleri, minenin yalnızca 20 µm kalınlığında olduğunu göstermiştir (Şekil 1k–m). Dahası, paralel kristalit minelidir; kristal demetlerinin dış yüzeye dik olarak yönlendirildiği basit, prizmasız bir mine türüdür (Şekil 1m). Bununla birlikte, V. komodoensis minesinin en dıştaki 1–2 µm'si, SEM altında parlak görünen pürüzsüz bir kaplama oluşturmaktadır. Bu kaplama, testere dişleri ve taç uçları boyunca bulunur.
Pigmente olmuş bölgelerin bileşimini belirlemek için, fonksiyonel ve yedek dişleri çeşitli tamamlayıcı görüntüleme ve karakterizasyon tekniklerine tabi tuttuk (Yöntemler). Minenin turuncu renklenmesi, pigmentli dişleri olan memelilerde demir oksit bakımından zengin dış tabakalarına benzer14,15. Gerçekten de, her teknik minenin en dıştaki 1–2 µm'sinde demir ve bazen buna bağlı bir çinko konsantrasyonu tespit etti (Ek Şekiller 2 ve 3). En dıştaki minedeki yüksek çinko içeriği, memeli minesindekine benzer şekilde normal mine salgılanması ve olgunlaşmasının bir ürünü olabilir16. Bununla birlikte, demir, yatay kesitlerde medial ve distal testere dişleri boyunca sürekli olarak yoğunlaşmış, ancak testere dişlerinden daha uzaktaki mine boyunca değildi (Şekil 2g–i ve Ek Şekil 2). SEM-enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDS) ve lazerle aşındırma indüktif olarak eşleşmiş plazma kütle spektrometrisi (LA-ICP-MS) analizleri, demir bakımından zengin tabakanın, kalsiyum bakımından zengin minenin üzerinde bulunan, SEM altında taç uçları ve testere dişleri boyunca tanımladığımız ince dış kaplama ile çakıştığını doğrulamıştır (Şekil 2j,k ve Ek Şekiller 2 ve 3). Yüksek demir ve daha yüksek oksijen sinyallerinin birlikte bulunması (Ek Şekil 2k,l), dış minenin turuncu rengini kaplayan ve boyayan bir demir oksit bileşimini düşündürmektedir.
Bu demir kaplamanın bir kısmını, bu demir açısından zengin tabakanın mineye nasıl dahil edildiğini belirlemek için daha yüksek çözünürlüklü taramalı iletim elektron mikroskobu (STEM) ve STEM-EDS analizleri yapmak üzere odaklanmış iyon demeti (FIB) frezeleme yöntemini kullanarak izole ettik. Bu veriler, demir açısından zengin tabakanın, bireysel mine kristalit demetleri arasına serpiştirilmiş ince (100–200 nm) bir iç bölge ve minenin dışını kaplayan, kalsiyumdan yoksun daha kalın bir dış tabakadan oluştuğunu ortaya koymuştur (Şekil 2l–n).
Diğer mevcut sürüngen dişlerinde demir
V. komodoensis'te hem yedek hem de fonksiyonel dişlerin şaşırtıcı ve tutarlı turuncu renklendirmesi göz önüne alındığında, bu özelliğin çeşitli Varanus türleri arasında yaygınlığını belirlemek için iskelet koleksiyonlarını daha da araştırdık (Şekil 3a). V. salvadorii, V. rosenbergi ve V. giganteus'ta değişen derecelerde ve bazen V. varius, V. salvator ve V. indicus dişlerinde turuncu kesici kenarlar mevcuttu (Ek Şekil 4). Bu türlerin tümü, V. komodoensis'inkilerden daha küçük olsa da, testere dişlerine sahiptir. Beş diğer Varanus türünde, bazıları küçük testere dişlerine sahip olanlar ve diğerleri testere dişli olmayan kesici kenarlara sahip olanlarda pigmentli kesici kenarlar görünür değildi. Karşılaştırma amacıyla, incelediğimiz anguimorph kertenkele Heloderma ve diğer küçük bir squamate örneğinin dişlerinin kesici kenarları pigmentli değildi (Ek Şekil 5 ve Ek Tablo 1). Bu, demir pigmentli kesici kenarların birkaç ziphodont Varanus türünde bulunduğunu, ancak V. komodoensis'te en belirgin olduğunu düşündürmektedir.
Özellikle daha büyük testere dişli varanid dişlerinde pigmentli kesici kenarların yaygınlığı, bizi en büyük ziphodont squamate olan soyu tükenmiş Varanus priscus ('Megalania')'nın da demir kaplı testere dişlerine sahip olabileceği yönünde daha da tahmin etmeye yöneltmiştir. Bununla birlikte, bu fosilleşmiş dişler pigmentasyona dair görsel bir kanıt göstermedi (Şekil 3b,c). Gerçekten de, varanid fosil kaydı genel olarak testere dişlerine sahip birçok fosilleşmiş diş içerir17,18,19,20,21; ancak bu olayların hiçbiri mevcut muadillerine benzer herhangi bir belirgin pigmentasyon göstermemektedir. Ayrıca, varanid dişlerinin küçük mutlak boyutları ve yıkıcı analizler için mevcut olan fosil dişlerin azlığı, mevcut taksonlarda demir kaplamaların malzeme özelliklerini veya fosilleşmenin onları soyu tükenmiş türlerde görsel olarak tespit etme yeteneğimizi nasıl engellediğini değerlendirmeyi zorlaştırmaktadır. Bu nedenle, çok daha büyük dişlere ve daha bol bir diş fosil kaydına sahip başka bir sürüngen grubunda demir pigmentli mineyi test etmeyi amaçladık: modern ve fosil timsahlar ve teropod dinozorların ziphodont dişleri.
Mevcut dişli arkozorların Varanus'a benzer şekilde demir depolama yeteneğine sahip olup olmadığını belirlemek için önce birkaç timsah türünün dişlerini inceledik. Zoo'da tutulan timsahların (Alligator mississippiensis, Crocodylus porosus, Osteolaemus tetraspis ve Tomistoma schlegelii) dökülen dişlerini benzer element analizlerine tabi tuttuk. Dişleri testere dişli olmasa da, örnek aldığımız tüm timsah dişlerinde olmasa da bazılarında turuncu renkli karinalar (testere dişli olmayan kesici kenarlar) gözlemledik. Bununla birlikte, beyaz ışık altında belirgin pigmentasyonu olmayan timsah dişlerinde bile, LSF kullanarak V. komodoensis dişlerinde tanımladığımızlara benzer flüoresans desenlerini karinalar boyunca belirleyebildik (Şekil 4 ve Ek Şekiller 6 ve 7). LA-ICP-MS ve senkrotron tabanlı X-ışını mikrofloresans (S-µXRF) analizleri, V. komodoensis'te görülenlere benzer bir dağılıma sahip, dört timsah türünün tamamında dış demir açısından zengin bir mine tabakasının varlığını doğrulamıştır (Şekil 4 ve Ek Şekiller 6–8). Bazı durumlarda, bunlar karinalar boyunca daha yoğun görünürken, diğerlerinde demir tabakası mine yüzeyi boyunca daha eşit dağılmıştı. Bu nedenle, mevcut dişli arkozorlar, V. komodoensis'inkilerle karşılaştırıldığında daha ince düzenlemelerde olsa da, minelerinde ve değişen derecelerde kesici kenarları boyunca demir depolayabiliyorlar gibi görünüyor.
V. komodoensis'te demir kaplamanın bileşimi
V. komodoensis'teki demir kaplamanın kimyasal türleşmesini karakterize etmek ve diğer demir açısından zengin minelerle karşılaştırmak için demir kenarlı X-ışını absorpsiyonu yakın kenar spektroskopisi (Fe-XANES) gerçekleştirdik. Standartlarla yapılan karşılaştırma, beyaz çizginin (7.132 eV) ve kenar sonrası özelliklerin, 7.147 eV'de bir tepe noktası da dahil olmak üzere, pigmentli memeli dişlerinde de bulunan ferrihidrit ile en uyumlu olduğunu öne sürmüştür15. Diğer demir oksit türleriyle kombinasyonlar dışlanamaz; ancak hematit, 7.132 ve 7.160 eV arasında birkaç kenar sonrası özellik gösterir ve manyetit, esas absorpsiyon pik enerjisinde küçük bir kayma gösterir; her ikisi de V. komodoensis demir kaplamasında gözlenmedi. Fe K-kenar XANES spektrumları ayrıca mevcut bir timsah dişi (Crocodylus porosus) ve demir açısından zengin kunduz (Castor canadensis) minesiyle karşılaştırılmıştır. Bu spektrumlar taksonlar arasında farklıydı ve pigmentli mineli türler arasında demir türleşmesinde varyasyon olduğunu gösteriyordu.
Fosil sürüngen dişlerinde demir kaplamaları arama
Benzer şekilde, mevcut ve fosilleşmiş timsah dişleri arasındaki demir ve kalsiyum dağılımını incelemek ve karşılaştırmak için Dinosaur Provincial Park'tan (Alberta, Kanada) Geç Kretase çağı timsah dişlerini LA-ICP-MS ve S-µXRF'ye tabi tuttuk. Elde edilen haritalar, dış mine boyunca artan demir konsantrasyonlarına dair bir belirti olmaksızın, her dişin dentininin tamamında artan kalsiyum ve demir sinyallerini sürekli olarak göstermiştir (Şekil 4o,p ve Ek Şekil 7). Bu sonuçlar, bu timsah dişleri minelerinde demir içeriyor olsa bile, fosilleşmiş diş dokularındaki bol miktarda demir ve diğer dışsal elementler nedeniyle fosilleşmenin bu sinyali gizleyebileceğini göstermektedir.
Daha sonra, element bileşimini ve testere dişleri boyunca heterojenliği incelemek için birkaç tirannosaurid ve dromaeosaurid teropod örneğini (Ek Tablo 2) element görüntüleme yöntemine tabi tuttuk. Mevcut arkozorların minelerine demir depolama yeteneği ve ziphodont Varanus dişlerinde renklenmenin yoğunluğu göz önüne alındığında, ziphodont dinozorların testere dişli minesinde bir miktar artmış demir sinyali görmeyi bekledik. Bununla birlikte, bir teropod dişi örneğinin ön beyaz ışık ve LSF görüntülemeleri, kesici kenarlar boyunca farklı flüoresans desenlerine dair bir kanıt göstermedi (Şekil 5a–f ve Ek Şekil 10). Ayrıca, teropod dişlerinin LA-ICP-MS ve S-µXRF analizleri, fosil timsah dişlerinin sonuçlarına benzer sonuçlar gösterdi: dentin demir açısından zenginleştirilirken, diyajenetik çatlak dolguları bölgeleri dışında mine nispeten fakirdi (Şekil 5 ve Ek Şekiller 10–14). Benzer bir fenomen, mevcut sürüngen dişlerinde tam tersi gerçekleşirken, dentinle karşılaştırıldığında minede karşılaştırılabilir veya daha yüksek sinyallere sahip diğer elementler için de meydana geldi. Bu bulgular, timsah örneğimizde olduğu gibi, diyajenetik değişikliklerin fosil teropod dişlerinde bu özelliği maskelediğini veya teropodların testere dişlerini güçlendirmek için alternatif bir adaptasyon kullanmış olabileceklerini ve testere dişli minelerine normalde demir depolamamış olabileceklerini düşündürmektedir.
Teropod dişlerinin minesindeki yapısal karmaşıklık
Teropod testere dişleri içindeki mikro yapısal özellikleri değerlendirmek için, daha sonra teropod mine mikro yapısını karakterize etmek için nitel analizler (ışık ve taramalı elektron mikroskobu) gerçekleştirdik. V. komodoensis ile karşılaştırıldığında, teropod minesinin kalınlığı genellikle daha fazladır (50–200 µm) ve daha karmaşık bir mikro yapıdan oluşabilir (Şekil 6 ve Ek Şekiller 15 ve 16). Özellikle tirannosaurid minesinin, mine-dentin birleşim yerinden uzanan ayrı herringbone yığınlarının sütunları halinde düzenlenmiştir7,22 (Şekil 6c,d). Bununla birlikte, bu mine yapısı testere dişleri boyunca farklıydı: testere dişli minenin dış yarısındaki kristalitler, dış mine yüzeyine doğru sarmal olan kümeler oluşturur (Şekil 6g,h). Bu mine türü, öğütücü dişleri olan otçul bir dinozor grubu olan hadrozorlarda bulunan dalgalı mineyi anımsatmaktadır7,22. Dalgalı mine, ince kesitte tirannosaurid testere dişleri boyunca da bulunan, çapraz polarize ışık altında karakteristik dalga desenleri oluşturur23,24 (Şekil 6f ve Ek Şekil 17). Karşılaştırıldığında, bu dalgalı desen, minenin diş boyunca genellikle daha basit, paralel bir kristalit türünden oluştuğu daha küçük dromaeosaurid dişlerinde büyük ölçüde yoktu (Ek Şekil 16).
Tirannosaurid diş taçları boyunca mine yapısındaki ve dokusundaki varyasyonu nicelleştirmek için, inceltilmiş diş örneklerinin senkrotron tabanlı X-ışını mikro kırınımı (S-µXRD) haritalaması gerçekleştirdik. S-µXRD kullanan fosil sürüngen minesi üzerine yapılan önceki çalışmalar, toz haline getirilmiş teropod dinozor dişlerini veya fosil ve modern timsah dişlerinin küçük kesit haritalarını incelemiş ve bu nedenle bir diş tacı boyunca uzamsal bilgi sağlayamamıştır8,25,26. Buna karşılık, apatit kristalit oryantasyonlarının yanı sıra yerinde tüm tirannosaurid testere dişleri boyunca ve boyunca dokuyu (oryantasyondaki varyans) haritalamamız, daha önce insan dişlerinde kullanılan bir yöntem olan kesitin boyunca yapısal varyasyonu nicelleştirmemize olanak sağlamıştır27 (Ek Şekiller 18–20). Tirannosauridlerde, dentin nispeten kötü dokulu olup, belirgin bir tercih edilen kristalit oryantasyonu yoktu (Şekil 6j,k). Buna karşılık, testere dişli minedeki kristalitler, mine bölgesine bağlı olarak bir ila üç ana oryantasyon göstermiştir. Testere dişleri boyunca, iç tabakalar, kristaller c eksenleri büyük ölçüde mine-dentin birleşim yerine paralel olsa da, testere yüzeyine doğru giderek artan şekilde farklılaşan çift yönlü bir kristalit oryantasyonuna sahip tek bir ana apatit kristali oryantasyonuna sahipti (Şekil 4i,j). Yatay kesitte, mine dokuları üzerinde ve üzerinde olmayan testere dişlerinde önemli ölçüde farklıydı (Ek Şekil 20 ve Ek Tablo 3). SEM tarafından tacın çoğunluğu boyunca gözlemlenen sütunlu mine, her sütundaki mine kristalitlerinin herringbone düzenlemelerini yansıtan birbirine akut açılarda üç ana oryantasyon korur (Şekil 6e,k). Buna karşılık, testere dişli mine, SEM altında gözlemlediğimiz dalgalı mine ile ilişkili daha dokulu, farklılaşmış, çift yönlü oryantasyonlara sahipti (Şekil 6h–k).
Sürüngen minelerinin mekanik testleri
Kesilmiş ve cilalanmış V. komodoensis ve A. mississippiensis dişlerinin nanomekanik testleri, mevcut sürüngen dişlerinin mine sertliğinin ve elastik modüllerinin çeşitli memeli mine türleriyle karşılaştırılabilir olduğunu ortaya koymuştur14 (Ek Şekiller 21 ve 22). V. komodoensis'te testere dişli minenin demir kaplamalarını güvenilir bir şekilde test etmek zordu çünkü cilalı kesitlerde <1 µm kalındı; ancak, A. mississippiensis dişinde daha kalın demir açısından zengin bölgeleri doğrudan test edebildik (Ek Şekil 22). Bu demir açısından zengin mine bölgelerinin girinti sertliği ( = 3,70 GPa), alttaki mineye göre biraz ( %9) ancak anlamlı derecede daha yüksekti ( = 3,36 GPa; t = 2,89, P = 0,0054). Bununla birlikte, girinti modülleri (sertlik ölçüsü), bazı demir pigmentli memeli dişlerindeki ölçümlerle tutarlı olarak, mine boyunca büyük ölçüde farklılık göstermedi (Şekil 4j, Ek Şekil 22 ve Ek Tablo 4)14. Tirannosaurid mine ve dentini, mevcut V. komodoensis ve A. mississippiensis dişlerindeki benzer bölgelere göre tipik olarak iki kat daha sertti, muhtemelen fosilleşmenin etkilerini yansıtıyordu (Ek Şekiller 23 ve 24).
Teropod dinozor beslenme davranışına benzerler olarak kullanımlarına rağmen9,11,28, çalışmamız Komodo ejderhası V. komodoensis'te çarpıcı ve daha önce gözden kaçırılmış bir yırtıcı adaptasyonu göstermektedir: diş testere dişleri ve uçları boyunca demir açısından zengin, koruyucu tabakalar. Demir sekestrasyonu özel memelilerin diş minesinde bulunur14,15,29,30; ancak, bir dişin kesici kenarları boyunca ayrı bir kaplamaya demir sekestrasyonu yeteneği hiç gözlemlenmemiştir, hele bir sürüngende hiç gözlemlenmemiştir. Ayrıca, karışık fazlı demir oksitlerin mine içindeki tane arası boşluklara dahil edildiği pigmentli kemirgen dişlerindeki gibi, demir, V. komodoensis'te alttaki kristal mineye bağlanmış farklı bir ferrihidrit kaplamasına yoğunlaşmış görünmektedir (Şekil 2 ve Ek Şekil 9). Bu, V. komodoensis'in yalnızca 15–20 µm mineye sahip olması ve dişlerini hızla değiştirmesi göz önüne alındığında beklenmedik bir durumdu12.
Demir pigmentli mine kunduzlarda15, sivrifarelerde14, bazı balıklarda31 ve semenderlerde32,33 çalışılmış, ancak işlevi belirsiz kalmıştır14. Bazı durumlarda, demir sekestrasyonu mineyi sertleştirir15; diğerlerinde pigmentli ve pigmentsiz bölgelerin mekanik özellikleri istatistiksel olarak ayırt edilemez14. A. mississippiensis dişlerindeki demir açısından zengin bölgeler bize nanomekanik test için yeterince kalın malzeme sağladı ve pigmentli bölgelerin pigmentsiz mineye göre biraz daha yüksek girinti sertliği sergilediğini belirledik. Bu yerel sertlik artışı, demir sekestrasyonunun, dişin diğer bölgelerine göre kesici kenarlar boyunca dış mine tabakalarını daha aşınmaya dayanıklı hale getirmek için hizmet edebileceğini göstermektedir. Demir kaplamanın (ve genel olarak minenin) çok ince olması nedeniyle V. komodoensis'in testere dişli dişlerine benzer bir işlev atfetmek daha zordur. Bununla birlikte, kaplama her bir testere dişini kaplar ve oldukça testere dişli kesici kenarlara sahip mevcut varanid türlerinde en belirgindir, bu da ziphodont diş fonksiyonunu desteklemede bir rolü daha da göstermektedir. Bununla tutarlı olarak, testere dişleri ayrıca diş tacının diğer bölgeleriyle karşılaştırıldığında farklı mekanik aşınma gösterir: aşınmış bir V. komodoensis tacının çoğu minenin dökülmesini ve alttaki dentinin ortaya çıkmasını gösterebilirken, testere dişli mine kademeli olarak aşınır (Ek Şekil 25). Bu nedenle bu ince demir kaplamanın, yeni bir nesil tarafından değiştirilmeden önce her bir diş üzerinde keskin bir kesici kenarı koruması gerekir; bu, çok sık meydana gelmiş olurdu12. Demir pigmentasyonuna ilişkin diğer önerilen işlevler arasında artan aşınma, asit veya mikro kırılma direnci bulunur14,30. Asitle aşındırılmış dişlerin SEM gözlemlerine dayanarak, V. komodoensis'teki demir tabakası asit dirençlidir (Ek Şekil 26) ve bu nedenle diş testere dişlerini sindirim asitlerinden de koruyabilir.
Yakından ilişkili Varanus türlerinde aynı pigmentli kesici kenarları görsel olarak tespit etme yeteneğimiz, demir sekestrasyonunun sürüngen dişlerinde de yaygın olabileceğini düşündürmektedir. Bu nedenle, bu özelliği yakından ilişkili soyu tükenmiş taksonların büyük ziphodont dişlerinde de görmeyi tahmin ettik (örneğin, V. ('Megalania') priscus). Bununla birlikte, daha geniş karşılaştırmalarımız, demir sekestrasyonunun mevcut sürüngenlerde varlık veya yokluk fenomeni olmadığını ve fosil sürüngen dişlerinde kolayca tespit edilemediğini göstermektedir. Mevcut sürüngen dişlerinde beyaz ışık altında kesici kenarlardan pigmentasyonun olmaması durumunda bile, flüoresans görüntüleme teknikleri, mevcut timsahların bile, özellikle kesici kenarlar boyunca demir açısından zengin dış mine tabakalarına sahip olabileceğini ortaya koymuştur. Bu, birçok sürüngenin demir açısından zengin mineye sahip olabileceğini, ancak yalnızca bazı türlerin, muhtemelen beslenme adaptasyonları olarak, diş taçlarının belirli bölümleri boyunca belirgin demir kaplamaları geliştirmiş olabileceğini düşündürmektedir. Yeterince yüksek konsantrasyonlarda, demir tabakaları beyaz ışık altında görülebilir, V. komodoensis ve bazı ziphodont akrabalarında olduğu gibi.
Mevcut arkozorlar minelerine demir depolayabildiğinden ve en büyük mevcut ziphodont sürüngen olan V. komodoensis, demir kaplı diş testere dişlerine sahip olduğundan, soyu tükenmiş ziphodont varanidlerde ve teropod dinozorlarda benzer demir kaplamaları tespit edebileceğimizi tahmin ettik. Bununla birlikte, bu adaptasyonu gözlemlemeyi beklediğimiz durumlarda bile, diyagenez, mine içindeki herhangi bir bölgeye özgü demir sinyalini gizleyebilir. V. priscus'un testere dişlerinde herhangi bir renk değişikliği tespit etmedik ve herhangi bir teknik kullanarak teropod dinozorlarının testere dişli minesinde tutarlı bir demir zenginleşmesi görmedik.
Teropod diş testere dişleri boyunca demir kaplamalarına dair kanıt eksikliğine rağmen, tirannosaurid diş örneğimiz ziphodont sürüngen dişleri içinde ikinci şaşırtıcı bir adaptasyon gösterdi. SEM görüntüleme ve S-µXRD haritalama, tirannosaurid dişlerinde testere dişli ve testere dişli olmayan mine arasında tutarlı bir şekilde mikro yapısal farklılıklar göstermiştir. Tirannosauridler, diş testere dişleri boyunca, başka bir yerde yalnızca otçul ornitopod dinozorların öğütücü dişlerinde bulunan bir dalgalı mineye sahipti7,22. Ornitopodların aksine, dalgalı mine tirannosaurid dişlerindeki testere dişleriyle sınırlıdır, tüm taç boyunca değil (Şekil 6). Tirannosauridlerde testere dişli minenin bu uzmanlaşması, dişlerin kesici kenarlarını desteklemede bir rolü düşündürmektedir. Ornitopodlarda, bu kademeli, sinüzoidal kristalit demet düzeni, mikro çatlakların oluşabileceği dolambaçlı yollar nedeniyle çatlak yayılmasını engellemiş ve minenin daha büyük ölçekli kırılmasını önlemiş olabilir7. V. komodoensis'te olduğu gibi, tirannosaurid dişleri sıklıkla mine dökülmesine dair kanıtlar gösterir34, ancak bu genellikle testere dişlerinin kendisinde görülmez (Ek Şekil 25).
V. komodoensis9 ve bazı tirannosauridler10,35 arasındaki alternatif beslenme stratejileri bu farklı testere dişlerini koruma stratejilerini açıklayabilir, ancak bu farklılıklar bu iki ziphodont taksonu arasındaki ölçeklendirme etkilerini de yansıtabilir. Dromaeosaurid dinozor dişleri bunun için kısmi bir kanıt sağlar. Bu çalışmada örneklenen dromaeosaurid dişleri V. komodoensis'inkilerle benzer boyutlardaydı ve çoğu testere dişleri ve tacın geri kalanı arasında karşılaştırılabilir derecede ince ve basit mine mikro yapısı gösterdi (Ek Şekil 16). Sadece daha kalın mineli (40 µm veya daha fazla) bir dromaeosaurid dişinde, üzerinde ve üzerinde olmayan testere dişlerinde nitel mine yapısında herhangi bir farklılık gördük, ancak bunlar yine de daha büyük tirannosaurid dişlerindeki kadar belirgin değildi (Ek Şekil 16k–o). Nispeten ince mine kaplamalarına sahip olmalarına rağmen, yalnızca teropod dinozorlarının daha büyük dişlerinin, mikro yapının testere dişlerinin mekanik aşınmasını etkileyebileceği kadar mineye sahip olması mümkündür. Tersine, mevcut ziphodont kertenkelelerde mine muhtemelen tirannosauridlerle benzer ölçekte diş aşınmasını etkileyecek kadar incedir. V. komodoensis'teki ince, yapısal olarak basit mine, muhtemelen her bir dişin kesme fonksiyonunda sınırlı bir rol oynar ve doğal seçilim alternatif olarak daha gelişmiş demir kaplamalara sahip bireyleri tercih etmiş olabilir, bu da hızla değiştirilen dişlerdeki aşınmayı azaltmak için olmuş olabilir. Eğer teropod dinozorları benzer şekilde ziphodont dişlerine demir dahil etmişse, o zaman daha küçük türlerde veya karşılaştırılabilir derecede ince mineye sahip bireylerde daha net kanıtlar bulmayı bekleyebiliriz. Bununla birlikte, fosil sürüngen dişlerinde bu demir kaplamalarını tanımlamak bir meydan okuma olmaya devam etmektedir; küçük dromaeosaurid dişlerinde bile demir sekestrasyonuna dair herhangi bir kanıt görmedik.
Sonuçlarımız, ziphodont sürüngenlerde iki beklenmedik ve farklı evrimsel adaptasyonu vurgulamaktadır. Bir yandan, V. komodoensis, kesici dişlerini güçlendirmek için diş uçları ve testere dişleri boyunca belirgin demir kaplamaları geliştirmiştir. Buna karşılık, bazı teropod dinozorlar, diş testere dişleri boyunca minede yapısal adaptasyonlar geliştirmiştir. Her iki durumda da, bu ziphodont sürüngenlerde dişlerin kesici kenarları yapısal veya kimyasal olarak değiştirilmiştir. Olağanüstü derecede ince mineye sahip olmalarına rağmen, Komodo ejderhası ve tirannosaurid dişleri, keskin kesici kenarları korumak için sürüngenlerin diş sert dokularının belirli bölgelerini değiştirme kapasitesini vurgulamaktadır. Yapısal ve kimyasal olarak karmaşık mine geleneksel olarak türetilmiş memeli gruplarıyla ilişkilendirilmiş olsa da14,15,30, benzer adaptasyonların etobur sürüngenlerin ince mine kaplamasının içinde gizli olduğu ve muhtemelen apex yırtıcılar olarak başarılarına katkıda bulunduğu açıktır.
Işık mikroskobu
Doğa Tarihi Müzesi Londra (NHMUK), Yaşam Bilimleri Müzesi (MoLS) ve Güney Avustralya Müzesi (SAM) örneklerinin görüntülemeleri, Nikon D810 DSLR kamera veya Keyence VHX 7000 dijital mikroskop (King's College, Londra) kullanılarak yapılmıştır. Amerikan Doğa Tarihi Müzesi (AMNH) örneklerinin görüntülemeleri Leica dijital diseksiyon mikroskobu kullanılarak yapılmıştır.
Analizler için örnek hazırlama
Örneklerin tamamı önce epoksi reçineye (EpoThin2, Beuhler) gömüldü ve vakum altına yerleştirildi. Daha sonra örnekler, Isomet 1000 düşük hızlı testere (Buehler) kullanılarak ilgi düzlemleri boyunca kesildi ve P1200, P2000 ve P4000 taşlama kağıtları ve kumaş plakalarda alüminyum oksit parlatma tozları kullanılarak LaboForce (Struers) taşlama ve parlatma tekerleği kullanılarak parlatıldı. SEM için kullanılan örnekler 15–30 saniye boyunca 1 M hidroklorik asit kullanılarak aşındırıldı, birkaç dakika boyunca damıtılmış suya konuldu ve daha sonra SEM saplarına monte edildi. S-µXRF ve S-µXRD analizleri için hazırlanan örnekler aynı reçineye gömüldü ve Isomet testere kullanılarak ~500 µm kalınlığa kadar kesildi, daha sonra LaboForce parlatma makinesine montaj için boş epoksi reçine disklerine yapıştırıldı. Örnekler daha sonra, reçine disklerinden diş matkabı kullanılarak çıkarılmadan önce, aynı taşlama kağıtları ve parlatma tozları kullanılarak <300 µm kalınlığa kadar taşlandı.
Taramalı elektron mikroskobu-enerji dağılımlı spektroskopisi
SEM görüntüleme iki tesiste gerçekleştirildi: King's College London'daki Ultra Yapısal Görüntüleme Merkezi (CUI) ve Imperial College London'daki Harvey Flowers Elektron Mikroskobu Süiti. Örnekler 6–10 nm altın ile kaplandı ve JEOL JCM-7000 veya JEOL JSM-7800 F Prime SEM (CUI) kullanılarak görüntülendi. Bu örnekler, JCM-7000 SEM (JEOL) üzerinde 15 kV ışın ivme voltajı kullanılarak yüksek vakum ayarı altında görüntülendi. SEM-EDS analizi, XFlash 6–60 EDS dedektörü (Bruker) ile donatılmış bir Sigma 300 SEM (Zeiss) üzerinde, 10 kV ışın ivme voltajı kullanılarak gerçekleştirildi (Harvey Flowers Elektron Mikroskobu Süiti).
STEM kesitleri, standart frezeleme prosedürlerini izleyerek Ga iyon ışını ile Helios 5 CX (ThermoFisher Scientific) kullanılarak SEM örneğinden hazırlandı. Örnekler 70–100 nm kalınlığa kadar frezelendi.
Elektron mikroskobu-enerji dağılım spektroskopisi
TEM kesitleri, standart frezeleme prosedürlerini izleyerek Ga iyon ışını ile ThermoFisher Scientific (TFS) Helios 5 CX FIB-SEM kullanılarak SEM örneğinden hazırlandı. Örnekler 70–100 nm kalınlığında elektron şeffaflığına kadar frezelendi.
STEM görüntüleme ve EDS analizi, bir monokromatör ve prob düzeltici ile donatılmış bir TFS Spectra 300 TEM üzerinde gerçekleştirildi. Yüksek açılı halka karanlık alan (HAADF) görüntüleri, görüntüdeki kontrastın yaklaşık olarak atom numarasının karesine (Z2) ve örneğin kütle kalınlığına orantılı olduğu bir Fischione HAADF dedektöründe toplanmıştır. EDS, 1,8 srad'lık bir katı açıya sahip çift X penceresiz bir EDX dedektöründen 300 kV'da edinildi. TFS Velox yazılımı (ThermoFisher Scientific) verileri işlemek için kullanılmıştır.
Lazerle uyarılmış flüoresans
Fosil teropod dişlerinin LSF'si, daha önce yayınlanmış bir metodolojiye göre13, lens boyunca bir çizgi halinde yansıtılan 405 nm'lik bir diyot lazer ile gerçekleştirildi. Çizgi karanlık bir odada numune üzerinde tarandı ve 450 nm'lik bir engelleyici filtreye sahip bir Nikon D850 kamera görüntüyü kaydetti. Timsah dişlerinin LSF görüntülemeleri, bir koni olarak yansıtılan aynı 405 nm'lik diyot lazer kullanılarak ve 505 nm'lik bir engelleyici filtreye sahip Keyence VHX 7000 mikroskobu kullanılarak gerçekleştirildi. Görüntüler Photoshop'ta (Adobe, v.25.5) renk eşitlendirildi, tüm görüntüye eşit olarak uygulandı.
Senkrotron radyasyonu X-ışını mikrofloresans spektroskopisi
S-µXRF analizleri, Diamond Light Source (Oxford Harwell Kampüsü) ışın hattı B16'da (M22284-2019 ve MM26050-2020 deneyleri) ve Avrupa Senkrotron Radyasyon Tesisi (Grenoble, Fransa) ışın hatları BM28 (28-01-1286 ve LS-3093 deneyleri) ve ID21 (LS-3074 deneyi) gerçekleştirilmiştir. Tüm deneyler monokromatik bir ışın kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada kullanılan her deney ve örnek için veri edinme parametreleri Ek Tablo 2'de ayrıntılı olarak verilmiştir.
Veri işleme için, ham XRF verileri PyMCA'ya (v.5.6.3) içe aktarıldı, ışın enerjisine kalibre edildi, toplu olarak uydu ve her tarama için gelen ışın yoğunluğuna göre normalize edildi. Haritalar daha sonra Python'da (v.3.9.7) Matplotlib36'da oluşturuldu.
Senkrotron radyasyonu X-ışını mikro kırınım haritalaması
Senkrotron X-ışını mikro kırınımı (S-µXRD) haritalama ölçümleri, Diamond Light Source'daki B16 ışın hattında37 ve Avrupa Senkrotron Radyasyon Tesisi'ndeki BM28 ışın hattında gerçekleştirilmiştir. 24 × 19 µm2 (yatay × dikey) ışın boyutu ile 0,799 Å'ye eşdeğer 15,5 keV'lik bir gelen X-ışını enerjisi kullanılmıştır. X-ışını ışınına dik olarak iki dik yönde ölçümler yapılmasına olanak sağlamak için numuneler, gelen X-ışınlarına dik bir iletim geometrisi içinde hareket eden bir x–y numune sahnesine monte edilmiştir. Tek bir S-µXRD ölçümünün pozlama süresi 20 s idi ve 3.056 × 3.056 piksel çözünürlüğe (31 × 31 µm2 optik piksel boyutu) sahip iki boyutlu (2B) bir alan dedektörü (Image Star 9000,