Distribución de Tensiones Durante la Mordida en la Mandíbula de Carnotaurus sastrei (Theropoda: Abelisauridae)

Abstract

Se empleó un barrido mediante tomografía computarizada para la generación de la imagen tridimensional de la mandíbula del dinosaurio carnívoro Carnotaurussastrei. Esta técnica no invasiva proporciona una base adecuada para la modelización con elementos finitos (MEF) de estructuras biológicas como la mencionada. La MEF constituye un enfoque numérico sumamente apropiado para el análisis del comportamiento mecánico de una estructura tal como la mandíbula, la cual in vivo está sujeta a regímenes variables de tensión y deformación. El modelo de la mandíbula fue cargado con el propósito de simular seis diferentes situaciones (mordida estática ventralmente dirigida sobre dientes anteriores, centrales y posteriores; con y sin tracción axial de una hipotética presa). Se estudió también la resistencia mecánica de la mandíbula mediante la estimación de la magnitud de la fuerza de mordida para la que se alcanza el nivel de tensiones de falla. En Carnotaurus, la fuerza de mordida bilateral generada muscularmente (3341 N; estimada a nivel de los dientes más posteriores) habría sido relativamente débil en comparación con la correspondiente a carnívoros actuales. Las tensiones principales variaron de manera predecible para las condiciones de carga estudiadas, encontrándose las magnitudes extremas a nivel de la articulación intramandibular. Cuando se eliminan del modelo los efectos de las fuerzas de aducción musculares y de reacción condilar, la máxima fuerza soportada por la mandíbula resulta ser hasta 6,1 veces superior a la fuerza de mordida de origen muscular. Ello no sugiere la presencia de un diseño mandibular particularmente resistente en Carnotaurus.

A computerised tomography scanning was used to generate a three-dimensional mandible reconstruction of the carnivorous dinosaur Carnotaurus sastrei. This non-invasive technique provides a suitable foundation for finite element modelling (FEM) of biological structures such as the one mentioned above. FEM is a numerical approach very appropriate to analyse the mechanical behaviour of the mandible, which in vivo is subjected to varying regimes of stress and strain. The model of the mandible was loaded in order to simulate six different conditions (ventrally directed static bite applied at the anterior, central, and posterior teeth; with and without axial traction of a hypothetical prey). The mechanical strength of the mandible was also studied through an estimation of the maximum bite force capable to withstand failure stress. The bilateral muscle-driven bite force of Carnotaurus (3341 N; estimated at the posteriormost teeth) would have been relatively weak in comparison with the one corresponding to extant carnivores. Principal stress magnitudes varied predictably for the studied loading conditions, with peak stresses found at the intramandibular joint. When the effects of adductor muscle forces and reaction condylar forces are removed from the model, the maximum force withstood by the mandible may be up to 6.1 times higher than the estimated muscle-driven bite force. This does not suggest a mandibular design particularly strong in Carnotaurus.