Analyzing the mechanical consequences of septal complexity in ammonites

分析菊石隔膜复杂性的力学后果

基本信息

项目摘要

Ammonoids are an extinct group of cephalopods that span 350 million years and were distributed across the world's oceans. The ecology of these animals has been used to reconstruct palaeoenvironment, macroevolutionary trends, and interpret geochemical data. However, much of their ecology is not well understood, specifically habitat depth, which is often connected to the complex morphology of the highly curved and multi-lobate septa. Hypotheses argue that the increased complexity of these structures helped to increase the resistance of different parts of the shell to implosion due to increasing hydrostatic pressure, thus allowing forms with more complex sutures to inhabit deeper waters. Evidence of this mechanical function of the septa is limited to theoretical mechanical models, the results of which have directly contradicted each other. One study argued that septal complexity weakens the shell against implosion while another argued septal complexity strengthens the shell against implosion. This project will combine nano-mechanical material testing, high-resolution computed tomography and finite element analysis to systematically study empirical, mechanical models of ammonoid shells to determine whether the complex morphology of the septa strengthen the shell against external loads. The mechanical properties of the shells of cephalopods will be tested using nanoindentation under controlled humidity and temperatures. This data will be combined with nano-CT derived 3D models in order to perform finite element analyses to test the pre-existing hypotheses of septal function. This work will help determine whether the complex septal morphology unique to ammonoids reflects aspects of their ecology. Understanding the functions of the septa will influence our interpretation of: ammonoid paleobiology, evolutionary trends, the persistence of ammonoids through mass extinctions, and provide realistic values for potential habitat depth limits, which will affect the interpretation of derived geochemical data from ammonite shells.
菊石是一种已经灭绝的头足类动物,跨越了3.5亿年,分布在世界各地的海洋中。这些动物的生态学已被用于重建古环境、宏观进化趋势和解释地球化学数据。然而,它们的许多生态学还没有得到很好的理解,特别是栖息地深度,这通常与高度弯曲和多叶间隔的复杂形态有关。假设认为,由于静水压力的增加,这些结构的复杂性增加有助于增加壳的不同部分对内爆的抵抗力,从而使具有更复杂缝合线的形式能够栖息在更深的水域。隔膜的这种力学功能的证据仅限于理论力学模型,其结果直接相互矛盾。一项研究认为,间隔复杂性削弱了壳抗内爆能力,而另一项研究认为,间隔复杂性增强了壳抗内爆能力。该项目将结合纳米力学材料测试、高分辨率计算机断层扫描和有限元分析,系统研究氨壳的经验力学模型,以确定隔层的复杂形态是否增强了壳抵御外部载荷的能力。头足类动物外壳的机械特性将在受控湿度和温度下使用纳米压痕进行测试。这些数据将与纳米ct衍生的3D模型相结合,以便进行有限元分析,以测试先前存在的间隔功能假设。这项工作将有助于确定菊石独特的复杂隔膜形态是否反映了它们的生态学方面。了解隔层的功能将影响我们对菊石古生物学、进化趋势、菊石在大灭绝过程中的持久性的解释,并为潜在的栖息地深度限制提供现实值,这将影响从菊石壳中获得的地球化学数据的解释。

项目成果

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Crystal growth kinetics as an architectural constraint on the evolution of molluscan shells
Virtual 3D modeling of the ammonoid conch to study its hydrostatic properties
  • DOI:
    10.4202/app.00776.2020
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.8
  • 作者:
    D. Morón-Alfonso;D. Peterman;Marcela Cichowolski;R. Hoffmann;R. Lemanis
  • 通讯作者:
    D. Morón-Alfonso;D. Peterman;Marcela Cichowolski;R. Hoffmann;R. Lemanis
The role of mural mechanics on cephalopod palaeoecology
壁画力学对头足类古生态学的作用
A reply to a comment on Lemanis (2020): The ammonite septum is not an adaptation to deep water
对 Lemanis (2020) 的评论的回复:菊石隔膜不是对深水的适应
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