Convergência funcional entre os crocodilianos de rostro curto Paleosuchus (Alligatoridae) e Osteolaemus (Crocodylidae) com base em análise de elementos finitos - Silva, Paulo Roberto da [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2024)
A morfologia do crânio dos crocodilianos (Crocodyliformes, Crocodylia) se modificou profundamente ao longo da história evolutiva do grupo, sendo que tais mudanças foram atribuídas a diversos fatores como a hidrodinâmica e hábitos de predação. Os crânios de morfologia platirostrais, achatados dorsoventralmente, são observados na maioria dos táxons viventes, como em Alligator, Caiman, e Crocodylus, enquanto que a morfologia oreinirostral, elevados dorsoventralmente, são característicos apenas dos táxons Paleosuchus (Alligatoridae) e Osteolaemus (Crocodylidae). Paleosuchus habita o continente sul-americano, enquanto Osteolaemus, é endêmico das florestas tropicais africanas. Esta peculiaridade entre ambos é considerada exemplo de convergência evolutiva, ou seja, a morfologia craniana foi obtida independentemente através de pressões seletivas similares, porém não há estudos que visam a coleta de evidências que corroborem esta hipótese. Assim, o objetivo deste trabalho é utilizar modelagem in silico com base em reconstruções tridimensionais craniomandibulares de Paleosuchus e Osteolaemus, visando reconhecer padrões morfofuncionais convergentes. Para isso, foi empregado a Análise de Elementos Finitos nos dois táxons alvos e uma série de táxons de Crocodylia, para modelar cenários biomecânicos extrínsecos (respostas dos modelos as forças externas) e intrínsecos (forças musculares adutoras da mandíbula). Posteriormente, decodificar a interpretação destes cenários em gradiente de cores com intuito de identificar padrões e quantificar o stress de Von Mises para cada cenário. Osteolaemus e Paleosuchus registraram similaridade em distribuições de stress no crânio e divergiram de táxons com outras morfologias cranianas. Osteolaemus também registra uma proximidade relevante com Alligatoridae, reforçando a hipótese de a forma deste táxon ser similar aos aligatorídeos. Entretanto, a mandíbula de Paleosuchus exibiu um padrão único de stress, assemelhando-se aos demais apenas no cenário shake. A mandíbula é uma estrutura intimamente ligada com forças musculares provenientes da predação, e não possui funções extras como a proteção de órgãos do crânio. A presença de hábitos mais terrestres tornou a mandíbula de Paleosuchus distinta dos demais táxons. Portanto, a convergência funcional entre Osteolaemus e Paleosuchus no presente trabalho limitou-se ao crânio.

The morphology of crocodilian skull (Crocodyliformes, Crocodylia) has changed profoundly throughout the evolutionary history of the group. Such changes have been attributed to several factors such as hydrodynamics and predatory habits. Skulls presenting platyrostral morphology, i.e. dorsoventrally flat, are observed in most living taxa, including Alligator, Caiman and Crocodylus, while oreinirostral morphology, i.e. dorsoventrally high, are observed only in Paleosuchus (Alligatoridae) and Osteolaemus (Crocodylidae). Paleosuchus inhabits the South American continent, while Osteolaemus is endemic to African rainforests. This peculiarity between the two is considered an example of evolutionary convergence, i.e., cranial morphology was obtained independently through similar selective pressures. However, there are no studies that aim to collect evidence that corroborates this hypothesis. So, the objective of this work is to apply in silico modeling based on three-dimensional craniomandibular reconstructions of Paleosuchus and Osteolaemus, aiming to recognize convergent morphofunctional patterns. For this, Finite Element Analysis was used on the two target taxa and a series of additional crocodylian taxa, to model extrinsic (model responses to external forces) and intrinsic (jaw adductor muscle forces) biomechanical scenarios, decoding these scenarios in gradient of colors in order to identify patterns and quantify Von Mises stress for each scenario. Osteolaemus and Paleosuchus recorded similarity in stress distributions in the skull and diverged from taxa with different cranial morphologies. Osteolaemus also records a relevant proximity to Alligatoridae, reinforcing the hypothesis that the form of this taxon is similar to what is observed in alligatorids. However, the jaw of Paleosuchus exhibited a unique stress pattern, resembling the others only in the shake scenario. The jaw is a structure closely linked to muscular forces arising from predation, as it does not have extra functions such as protecting skull organs, therefore, the presence of more terrestrial habits made the jaw of Paleosuchus distinct from other taxa. Consequently, the functional convergence between Osteolaemus and Paleosuchus is limited to the skull.
Functional convergence between the crocodilians Paleosuchus (Alligatoridae) and Osteolaemus (Crocodylidae) based on finite element analysis
Keywords: Oreinirostria; Mandíbula; Maxila; Platirostria; Stress; Oreinirostry; Jaw; Maxilla; Platyrostry