Análise de Elementos Finitos (FEA) - análise morfofuncional mandibular de orangotango (Pongo pygmaeus), gorila (Gorilla gorilla) e chimpanzé (Pan troglodytes)
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Data
Autores
Orientador
Moltefeltro, Felipe Chinaglia
Coorientador
Pós-graduação
Curso de graduação
Ilha Solteira - FEIS - Ciências Biológicas
Título da Revista
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Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Trabalho de conclusão de curso
Direito de acesso
Acesso aberto
Resumo
Resumo (português)
Grandes primatas (gorilas, orangotangos, chimpanzés) e hominínios compartilham um plano corporal fundamental, caracterizado pela posteriorização da mastigação. Nesse plano, as ações primárias de processamento de alimentos — trituração, moagem e esmagamento — são evolutivamente transferidas para a dentição posterior, especificamente os pré-molares e molares. Esta região é biomecanicamente ideal para aplicar força máxima devido à sua proximidade com a articulação temporomandibular e os principais músculos da mastigação. A morfologia da mandíbula em primatas é um reflexo direto de suas dietas e estratégias de alimentação. Uma análise comparativa entre orangotangos, gorilas, chimpanzés e hominínios modernos (Homo sapiens) revela adaptações marcantes que ilustram a íntima relação entre forma e função no complexo aparato mastigatório. A diferença crucial entre esses primatas não reside em se eles usam os dentes posteriores, mas em como os utilizam, o que é um reflexo direto de suas dietas especializadas. Para investigar tais diferenças, foram simulados quatro cenários de mordida (incisivo lateral/vertical e molar lateral/vertical), com a aplicação de uma força padronizada de 1250 N para analisar a distribuição de tensão de Von Mises. Os resultados indicam especializações morfofuncionais distintas: A mandíbula de Gorilla gorilla revelou-se a mais especializada, apresentando tensões muito baixas nos molares (pico de 8,60 MPa). Sua morfologia é otimizada para a moagem prolongada de vegetação fibrosa por meio de um movimento de cisalhamento predominantemente vertical. A espécie exibe um acentuado prognatismo que acomoda dentes grandes, e seus molares possuem cúspides altas e cristas cortantes, eficientes para triturar material vegetal resistente. Essa adaptação reflete-se em uma sínfise mandibular longa e reforçada. A mandíbula de Pongo pygmaeus mostrou-se extremamente eficiente para esmagamento e moagem com os molares (tensões de 32,79 a 36,45 MPa), porém com alto custo biomecânico na incisão (até 104,42 MPa). Isso corrobora sua adaptação à durofagia (alimentação de objetos duros), realizada via esmagamento por pressão. Para tal, seus molares são caracterizados por um esmalte espesso e cúspides baixas e arredondadas, adaptações que previnem o desgaste excessivo ao processar alimentos duros e abrasivos. A mandíbula mais grácil de Pan troglodytes é eficiente para sua dieta primariamente frugívora, com baixo estresse molar (27,34 a 37,71 MPa), embora o uso vigoroso dos incisivos gere altas tensões (76,39 MPa), próximas aos limites de fadiga óssea. Seus incisivos são relativamente grandes e robustos, úteis para processar uma variedade de alimentos, enquanto seus molares possuem cúspides mais arredondadas em comparação com os dos gorilas, sendo adequados para uma dieta mista. Em Homo sapiens, os dentes, em particular os molares e caninos, são menores e o esmalte é mais fino em comparação com os grandes símios, refletindo uma dieta de alimentos mais macios e processados. Conclui-se que a morfologia mandibular de cada grande primata é uma adaptação especializada à sua dieta, fornecendo uma base comparativa fundamental para entender a trajetória evolutiva humana. Enquanto os grandes símios seguiram caminhos de especialização dietética que exigiram a maximização da robustez do aparelho mastigatório, a linhagem hominínia tomou um rumo único. Após uma fase inicial robusta, esta linhagem passou a depender de inovações culturais e tecnológicas para o pré-processamento dos alimentos, com destaque para o uso de ferramentas e a introdução do cozimento. Isso permitiu o desenvolvimento de um sistema mastigatório grácil e energeticamente menos custoso, uma mudança anatômica intrinsecamente ligada à evolução de um cérebro grande e de uma dieta onívora e cozida.
Resumo (inglês)
Great apes (gorillas, orangutans, chimpanzees) and hominins share a fundamental body plan characterized by the posteriorization of mastication. In this plan, the primary food processing actions—crushing, grinding, and pulverizing—are evolutionarily shifted to the post-canine dentition, specifically the premolars and molars. This region is biomechanically ideal for applying maximum force due to its proximity to the temporomandibular joint and the main muscles of mastication. The morphology of the primate mandible is a direct reflection of their diets and feeding strategies. A comparative analysis of orangutans, gorillas, chimpanzees, and modern hominins (Homo sapiens) reveals striking adaptations that illustrate the intimate relationship between form and function in the complex masticatory apparatus. The crucial difference among these primates lies not in if they use their posterior teeth, but in how they use them, which is a direct reflection of their specialized diets. To investigate these differences, four bite scenarios (lateral/vertical incisor and lateral/vertical molar) were simulated, applying a standardized force of 1250 N to analyze the Von Mises stress distribution. The results indicate distinct morphofunctional specializations: The mandible of Gorilla gorilla proved to be the most specialized, exhibiting very low stress on the molars (peak of 8.60 MPa). Its morphology is optimized for the prolonged grinding of fibrous vegetation through a predominantly vertical shearing motion. The species displays marked prognathism, which accommodates large teeth, and its molars have high cusps and shearing crests, efficient for processing tough plant material. This adaptation is reflected in a long and reinforced mandibular symphysis.The mandible of Pongo pygmaeus was shown to be extremely efficient for crushing and grinding with the molars (stresses from 32.79 to 36.45 MPa), but at a high biomechanical cost during incision (up to 104.42 MPa). This corroborates its adaptation to durophagy (feeding on hard objects), achieved through pressure-based crushing. For this purpose, its molars are characterized by thick enamel and low, rounded cusps, which are adaptations that prevent excessive wear when processing hard and abrasive foods.The more gracile mandible of Pan troglodytes is efficient for its primarily frugivorous diet, with low molar stress (27.34 to 37.71 MPa), although vigorous use of the incisors generates high stress (76.39 MPa), close to the limits of bone fatigue. Its incisors are relatively large and robust, useful for processing a variety of foods, while its molars have more rounded cusps compared to those of gorillas, making them suitable for a mixed diet. In Homo sapiens, the teeth, particularly the molars and canines, are smaller and the enamel is thinner compared to great apes, reflecting a diet of softer, processed foods. In conclusion, the mandibular morphology of each great ape is a specialized adaptation to its diet, providing a fundamental comparative basis for understanding the human evolutionary trajectory. While great apes followed paths of dietary specialization that required maximizing the robustness of the masticatory apparatus, the hominin lineage took a unique course. After an initial robust phase, this lineage came to depend on cultural and technological innovations for food pre-processing, most notably the use of tools and the introduction of cooking. This allowed for the development of a gracile and less energetically costly masticatory system, an anatomical shift intrinsically linked to the evolution of a large brain and a cooked, omnivorous diet.
Descrição
Palavras-chave
Biomecânica da mastigação, Posteriorização da mastigação, Morfologia mandibular, Evolução hominínia, Função dos incisivos e molares, Gracilização
Idioma
Português
Citação
CASTRIOTO, Matheus Sacchi, Análise de Elementos Finitos (FEA) - análise morfofuncional mandibular de orangotango (Pongo pygmaeus), gorila (Gorilla gorilla) e chimpanzé (Pan troglodytes). 2025. 90 f. Trabalho de conclusão de curso (Graduação em Ciências Biológicas) - Faculdade de Engenharia, Universidade Estadual Paulista - UNESP, Ilha Solteira, 2025.
