Overcoming sampling issues in dental tribology: Insights from an experimentation on sheep

Anusha Ramdarshan, Cécile Blondel, Denis Gautier, Jérôme Surault, and Gildas Merceron

Plain Language Abstract

Dental microwear textural analysis is a widespread technique used to infer feeding habits in extinct vertebrates, notably mammals. Micrometric textures on enamel facets can significantly differ between animals depending on the physical properties of the food items they have eaten in the last few days to weeks before their death. Although a lot of work has been done over the last two decades, this field of research suffers from a lack of experimental data. Here, we explore different methodological issues with a set of three groups of ewes fed on three different diets: grasses, clover, and clover with barley. We also discuss how dental microwear textural analysis can discriminate between these three dietary groups taking into account the influence of scan size, scan location along the dental facet, molar type, and dental facet. Finally, based on this experimental dataset, we simulate fossil samples composed of isolated teeth for which the position is not guaranteed and possibly composed of teeth belonging to the same individual. We conclude and propose some guidelines for future dental microwear textural analyses to follow in order to strengthen their results.

Resumen en Español

Superando problemas de muestreo en tribología dental: ideas consecuencia de una experimentación en ovejas

El microdesgaste dental se ha usado en paleoecología durante casi medio siglo. El advenimiento de las tecnologías en la última década ha permitido que las superficies del esmalte se digitalicen en 3D y, por lo tanto, que las texturas de microdesgaste se caractericen como un todo. Aunque el análisis de la textura de microdesgaste dental ha sido ampliamente utilizado, pocos estudios han abordado el tema de la representatividad de la muestra, o la variabilidad de la señal de microdesgaste a lo largo de una faceta o una fila de dientes. ¿Cuánta información podemos extraer de una muestra fósil con precisión cuando se considera el desgaste de los dientes? ¿Podemos hacer inferencias con precisión sobre una especie completa basadas en muestras fósiles constituidas principalmente por dientes aislados? Estas cuestiones aún deben ser respondidas mediante una toma de datos controlada. En este estudio, abordamos este problema desde el principio. Una prueba controlada de alimentos a gran escala llevada a cabo con ovejas domésticas proporciona el marco para poner a prueba estas preguntas fundamentales. Nuestros resultados destacan que el análisis de una superficie de 200 × 200 μm permite una mejor diferenciación entre las categorías de la dieta, en lugar de analizar superficies más pequeñas. Las comparaciones de las facetas de los molares superiores e inferiores revelan variaciones significativas dependiendo de la contribución a la fase I de cizallamiento bucal o lingual durante el ciclo de masticación. Investigar la señal de microdesgaste a lo largo de la fila de dientes no revela ninguna variación significativa entre los molares que pertenecen a la misma fila de dientes. Sin embargo, cuando se simulan tres muestras fósiles compuestas de molares superiores e inferiores aislados de M1 a M3 de los tres grupos de ovejas, nuestro estudio destaca la obtención de resultados deficientes en la discriminación de las categorías respecto a la dieta.

Palabras clave: Análisis de textura de microdesgaste dental; representatividad; mamíferos; dieta; oveja; prueba controlada de alimentos

Traducción: Enrique Peñalver (Sociedad Española de Paleontología)

Résumé en Français

Dépasser les problèmes d'échantillonnage en tribologie dentaire: Avancée à partir d'une expérimentation sur les moutons

Les micro-usures dentaires sont utilisées en paléoécologie depuis près de 50 ans. Les développements techniques de ces dernières décennies permettent désormais de capturer en 3D les surfaces d'émail et par conséquent de caractériser dans son ensemble les textures des micro-usures. Bien que l'analyse texturale des micro-usures dentaires soit largement utilisée, peu d'études ont testé les effets de la représentativité, ou de la variabilité du signal le long d'une facette dentaire ou d'une rangée dentaire. Quelles informations peut-il être extrait d'un échantillon fossile quand seule l'usure dentaire est considérée ? Pouvons-nous proposer des inférences sur une espèce quand les échantillons fossiles sont composés de dents isolées ? Ces points restent à caractériser avec des cas d'études paramétrées. Dans cette étude, nous nous confrontons à ces problèmes méthodologiques. Une expérimentation d'alimentation contrôlée sur des moutons domestiques fournit le cadre à partir duquel nous testons ces problèmes méthodologiques.

Notre étude révèle qu'une surface carrée de 200µm de côté permet une meilleure discrimination entre catégories alimentaires que les surfaces plus réduites. La comparaison des facettes des molaires supérieures et inférieures révèle des différences significatives selon que ces facettes soient impliquées dans la phase I sécante linguale ou buccale au cours de la mastication. Aucune différence significative n'est détectée lorsque sont comparées les mêmes facettes sur la rangée molaire. Néanmoins lorsque nous considérons trois échantillons fossiles composés de tous types de molaires et simulés par tirages aléatoires respectivement au sein de chacun des trois lots de brebis alimentées avec des régimes différents, notre étude montre des discriminations médiocres.

Mots-clés : Analyses texturales des micro-usures dentaires, représentativité, mammifères, alimentation, mouton, tests d'alimentation contrôlée

Translator: Authors

Deutsche Zusammenfassung

Die Probennahme bei dentaler Tribologie überwinden: Einblicke aus einem Experiment an Schafen

Dentale Microwear wird in der Paläontologie seit fast einem halben Jahrhundert angewendet. Neue Technologien in der letzten Dekade erlaubten es, den Oberflächenzahnschmelz in 3 D zu scannen und so Microwear Texturen als Ganzes zu charakterisieren. Obwohl die Analyse von dentalen Microwear Texturen weit verbreitet ist, haben wenige Untersuchungen die Themen Stichproben-Repräsentativität oder die Variabilität des microwear Signals entlang einer Facette oder einer Zahnreihe angegangen. Wieviel Information kann genau aus einer Fossilprobe extrahiert werden, wenn man den Zahnabrieb betrachtet? Können wir exakte Schlussfolgerungen über eine gesamte Art ziehen, basierend auf Fossilien die aus einzelnen Zähnen bestehen? Diese Fragen müssen in einem kontrollierten Umfeld charakterisiert werden. In dieser Untersuchung gehen wir dieses Thema von Grund auf an. Eine groß angelegte kontrollierte Fressgewohnheits-Studie mit Hausschafen liefert den Rahmen in dem diese fundamentale Fragen getestet werden. Unsere Ergebnisse heben hervor, dass bei einer Oberfläche von 200 × 200 µm die Fressgewohnheiten besser unterschieden werden können, was der Analyse kleinerer Oberflächen gegenläufig ist. Facetten-Vergleiche der unteren und oberen Molaren zeigen signifikante Variationen je nach Beitrag zu entweder der buccalen oder lingualen Scherphase I während des Kauzyklus. Die Untersuchung des Microwear Signals entlang der Zahnreihe bringt keine Signifikaten Variationen zwischen Molaren derselben Zahnreihe zum Vorschein. Bei der Simulation von drei Fossilproben, die aus isolierten oberen und unteren Molaren von M1 bis A3 von drei Mutterschafen bestehen, hebt unsere Untersuchung wenige Ergebnisse bei der Unterscheidung von Fress-Kategorien hervor.

Schlüsselwörter: Dentale Microwear Texturanalyse; Repräsentativität; Säugetiere; Fressgewohnheit; Schafte; kontrollierte-Nahrung-Test

Translator: Eva Gebauer

Arabic

Translator: Ashraf M.T. Elewa