The narial morphology of Metarhinus and Sphenocoelus (Mammalia, Perissodactyla, Brontotheriidae)

Bryn J. Mader

Author

Plain Language Abstract

Brontotheres, also known as titanotheres, are extinct relatives of the horse and rhino that lived approximately 35-55 million years ago during the Eocene Epoch. Many brontotheres had peculiar, forked-horns, and some grew to the size of small elephants. Metarhinus and Sphenocoelus (also known as Dolichorhinus) were relatively small brontotheres with little or no horn development. Both had a highly unusual modification in their nasal anatomy, which radically changed the way they breathed. Rather than the airstream passing on either side of the nasal septum (the wall inside the nose that becomes bent in a person with a “deviated septum”), the air was channeled through its center and exited into the throat through a new opening. This anatomy is found in no other mammals known to science. It is speculated that the septum was wholly or partially divided into an upper part and a lower part and that the lower part became modified to channel air. The bone in the septum that is primarily involved in this channeling is the vomer. It is possible that this unusual arrangement was an aquatic adaptation to aid in feeding on submerged plants (water in the mouth is kept away from the airstream) or, perhaps, an adaptation to assist with the sense of smell. The latter interpretation is favored because the anatomy guides the airstream directly toward the nerve receptors in the nose that allow us to detect odors (the olfactory epithelium).

Resumen en Español

La morfología nasal de Metarhinus y Sphenocoelus (Mammalia, Perissodactyla, Brontotheriidae)

Los géneros de brontoterios Metarhinus y Sphenocoelus (= Dolichorhinus) se caracterizan por un redireccionamiento inusual del paso del aire en el que los orificios nasales internos están efectivamente cerrados y han aparecido posteriormente nuevas aberturas que sirven a modo de orificios nasales internos funcionales. En lugar de pasar lateralmente hacia el vómer, la corriente de aire parece pasar sobre o a través del hueso (evitando así los orificios nasales internos anatómicos) y sale a través de una muesca del vómer agrandada. Si se interpreta correctamente, esta morfología es única entre los mamíferos. En el pasado, se ha sugerido que el desplazamiento posterior de los orificios nasales internos es una adaptación anfibia o una adaptación para mejorar el olfato. El artículo actual apoya la segunda interpretación. Entre otras razones, atendemos al hecho de que el cambio en la morfología canaliza la corriente de aire directamente hacia el epitelio olfativo en el área del etmoides. Para que el vómer canalice el aire, el cartílago septal requeriría una modificación significativa. Se especula aquí que el tabique respiratorio (vómer, cresta del maxilar superior y cresta del palatino) podría haberse aislado total o parcialmente del tabique olfativo (placa perpendicular del cartílago etmoidal y septal), permitiendo que el aire se canalizase a través de (o sobre) el vómer.

Palabras clave: titanotérido; Dolichorhinus, vómer; respirador nasal; ciclo nasal; evo-devo

Traducción: Enrique Peñalver (Sociedad Española de Paleontología)

Résumé en Français

In progress

Translator: Antoine Souron

Deutsche Zusammenfassung

Die Nasenmorphologie von Metarhinus und Sphenocoelus (Mammalia, Perissodactyla, Brontotheriidae)

Die brontotheren Gattungen Metarhinus und Sphenocoelus (= Dolichorhinus) zeigen beide eine ungewöhnliche Luftumlenkung: die internen Nares wurden effektiv geschlossen und es entstanden posterior neue Öffnungen, die als funktionelle interne Nares dienen. Anstatt lateral am Vomer vorbei, scheint der Luftstrom über oder durch den Knochen zu fließen (und umgeht so die anatomischen inneren Nares) und tritt durch eine vergrößerte Kerbe im Vomer aus. Richtig interpretiert, ist diese Morphologie einzigartig unter Säugetieren. In der Vergangenheit wurde vermutet, dass die posteriore Verschiebung der inneren Nares entweder eine amphibische Anpassung oder eine Anpassung zur Verbesserung der Geruchsbildung ist. Das vorliegende Papier favorisiert die letztgenannte Interpretation. Unter anderem deshalb, weil die Veränderung der Morphologie den Luftstrom direkt in Richtung des olfaktorischen Epithels im Bereich des Ethmoids leitet. Um zu erreichen, dass der Vomer Luft kanalisiert, würde die Nasenscheidewand eine wesentliche Änderung erfordern. Es wird hier angenommen, dass das respiratorische Septum (Vomer, Maxillakamm, and Palatinalkamm) ganz oder teilweise vom olfaktorischen Septum (vertikale Platte des Ethmoids und Nasenscheidewand) isoliert wurde, wodurch Luft durch (oder über) den Vomer geleitet werden kann.

Schlüsselwörter: Titanotheren; Dolichorhinus, Vomer; Nasenatmung; Atemzyklus; Evo-Devo

Translator: Eva Gebauer

Arabic

Translator: Ashraf M.T. Elewa

Polski

Morfologia okolicy nosowej u Metarhinus i Sphenocoelus (Mammalia, Perissodactyla, Brontotheriidae)

Należące do brontoteriów rodzaje Metarhinus i Sphenocoelus (= Dolichorhinus) charakteryzują się nietypowym przekierowaniem kanału powietrznego, w którym skutecznie zamknięte są nozdrza wewnętrzne, a nowe otwory, położone z tyłu, służą jako funkcjonalne nozdrza wewnętrzne. Zamiast przechodzić po bokach lemiesza, strumień powietrza zdaje się przepływać ponad lub przez kość (przez to omija anatomiczne nozdrza wewnętrzne) i wychodzi przez powiększone wycięcie lemiesza. W przypadku prawidłowej interpretacji, morfologia ta jest wyjątkowa wśród ssaków. W przeszłości sugerowano, że tylne przemieszczenie nozdrzy wewnętrznych jest adaptacją do ziemnowodnego trybu życia lub adaptacją do wzmocnienia powonienia. Pogląd zaproponowany w tej pracy sprzyja tej drugiej interpretacji. Wśród powodów jest to, że zmiana morfologii kieruje strumień powietrza bezpośrednio w kierunku nabłonka węchowego w obszarze sitowym. Aby lemiesz mógł kierować powietrze, chrząstka przegrody wymaga znacznej modyfikacji. Spekuluje się tutaj, że przegroda oddechowa (lemiesz, grzebień szczęki i grzebień podniebienia) mogła być całkowicie lub częściowo odizolowana od przegrody węchowej (blaszka pionowa chrząstki sitowej i przegrodowej), umożliwiając przepływ powietrza przez (lub nad) lemieszem.

Słowa kluczowe: tytanoteria; Dolichorhinus, lemiesz; wydech nosowy; cykl nosowy; evo-devo

Translator:  Krzysztof Stefaniak