La topographie 3D des outils dentaires : propriétés mécaniques des aliments et évolution morpho-fonctionnelle de la denture des primates. – DieT-PrimE

Les primatologistes utilisent le terme d’ « aliment de recours » (AR) pour désigner des ressources faiblement appréciées qui sont consommées de façon saisonnière lorsque la nourriture préférée est moins disponible. Différentes études ont montré que les aliments (préférés ou AR) qui constituent un challenge mécanique jouent un rôle majeur dans le processus adaptatif de la dent.
L’objectif de DieT-PrimE est d’évaluer si la morphologie occlusale des dents de primates est adaptée à des challenges mécaniques: i) présentés par les aliments préférés. ii) présentés par les ARs, la morphologie occlusale étant sous contrainte sélective de ressources uniquement prises en compte lorsque les aliments préférés se raréfient. iii) indifférenciés en termes de préférence alimentaire. Cette problématique est cruciale pour comprendre l’apparition, la sélection et la fixation d’innovations morphologiques dentaires, un enjeu majeur en paléoprimatologie.
DieT-PrimE postule que les dents de primate portent des « outils dentaires » représentant de possibles adaptations morphologiques à un ou plusieurs challenge(s) mécanique(s) posé(s) par la nourriture et que ces outils possèdent des caractéristiques critiques pour surmonter ces challenges. Notre hypothèse est que ces caractères critiques peuvent être quantifiés en utilisant nos descripteurs topographiques.
Dans le cadre de DieT-PrimE nous suivrons une approche forme-fonction de l’alimentation, prenant en compte les propriétés physiques de la nourriture plus adaptées au concept d’outil dentaire. Tout d’abord le répertoire alimentaire de 20 espèces actuelles de primates sera établi pour déterminer leurs aliments préférés et ARs. Les propriétés mécaniques de ces aliments (PMs) incluant la dureté (résistance à l’initiation d’une fracture) et la ténacité (résistance à la propagation d’une fracture) seront obtenues, notamment par mesure directe en laboratoire ou sur le terrain via un testeur de propriétés mécaniques portable. Cela permettra d’identifier les aliments présentant un challenge mécanique pour les primates considérés.
Nous ferons une synthèse des morphologies dentaires théoriques capables de faciliter l’initiation (cuspides pointues) et la propagation (cuspides arrondies) de fractures dans les aliments. En pratique notre projet a pour objectif le développement et l’application d’une méthode analytique novatrice, 3D Dental-Topography, qui s’est révélée être un outil performant pour quantifier la morphologie des tissus dentaires dans leur aspect 3D à travers des descripteurs topographiques tels que l’inclinaison, l’orientation, la courbure moyenne et l’épaisseur de l’émail. Notre méthode sera développée pour caractériser finement les phénotypes dentaires et évaluer morphométriquement si ceux-ci correspondent aux plages d’efficacité des outils théoriques inférés pour la fragmentation des aliments. Des développements supplémentaires sont prévus pour la détection (semi)automatique et l’analyse des outils dentaires chez les primates. Nous fournirons un logiciel convivial et performant à une communauté scientifique élargie.
Les relations entre une quantification de la géométrie des outils dentaires et les PMs des aliments seront établies via des analyses statistiques et testées au moyen d’un simulateur de mastication équipé de nos modèles dentaires 3D virtuels prototypés. Cette étape nous permettra d’établir pour chaque espèce de primates si son morphotype dentaire est en accord avec les fonctions requises attendues pour traiter leur aliments préférés ou ARs.
Sur la base de matériel fossile, nous pourrons identifier quelles caractéristiques dentaires ont pu être sélectionnées et sous quelles contraintes alimentaires au cours de l’évolution. Nous focaliserons notre étude sur l’émergence de caractéristiques clés telles que la bunodontie chez les Anthropoidea, la bilophodontie chez les Cercopithecoidea, et des morphologies singulières comme les molaires plates à émail épais des paranthropes.