De överraskande fynden tyder på att tidiga moderna människor inte nödvändigtvis behövde använda verktyg och matlagning för att bearbeta näringsrika hårda livsmedel som nötter – och kanske mindre hårda livsmedel som kött – men att de kan ha förlorat förmågan att äta mycket hårda saker, som knölar eller blad.
I den första jämförelsen i sitt slag har australiensiska forskare funnit att den lättbyggda människans skalle har ett mycket effektivare bett än chimpansens, gorillans och orangutangens samt två förhistoriska medlemmar av vår familj, Australopithecus africanus och Paranthropus boisei.
De har funnit att moderna människor kan åstadkomma relativt höga bettkrafter med hjälp av mindre kraftfulla käkmuskler. Kort sagt behöver den mänskliga skallen inte vara lika robust eftersom summan av de krafter som verkar på den mänskliga skallen är mycket mindre för varje given bettkraft.
Dessa resultat förklarar också den uppenbara inkonsekvensen av mycket tjock tandemalj hos moderna människor – en egenskap som vanligtvis förknippas med höga bettkrafter hos andra arter. Tjock emalj och stora mänskliga tandrötter är väl anpassade för att klara höga belastningar när man biter.
Studien publiceras i en artikel i tidskriften Proceedings of the Royal Society B av ett team som leds av Stephen Wroe, från Computational Biomechanics Research Group vid UNSW:s School of Biological, Earth and Environmental Sciences. De använde sofistikerad tredimensionell (3D) finita elementanalys för att jämföra digitala modeller av verkliga skallar som hade skannats med datortomografi.
Tekniken, som är anpassad från ingenjörsvetenskapen, ger en mycket detaljerad bild av var spänningar uppstår i material under belastningar som är utformade för att efterlikna verkliga scenarier. Wroes team har tidigare använt detta tillvägagångssätt för att studera käkmekaniken hos levande och utdöda arter så olika som vithajen och den sabeltandade tigern.
Detta resultat ifrågasätter tidigare förslag om att utvecklingen av en mindre robust skalle hos moderna människor innebar en kompromiss för ett svagare bett eller nödvändigtvis var ett svar på beteendeförändringar, till exempel byte till mjukare livsmedel eller mer bearbetning av livsmedel med verktyg och matlagning. Det har också föreslagits att människans käkmuskler reducerades för att ge plats åt en större hjärna.
“Hur trovärdiga dessa idéer än kan tyckas vara har de baserats på mycket lite jämförande data: det finns till exempel inga faktiska uppgifter om bettstyrka som samlats in från levande medlemmar av någon annan apa-art”, säger dr Wroe. “Det visar sig att vi inte alls har ett mesigt bett – det är mycket effektivt och kraftfullt.”
“När vi biter ner i vertikalplanet, i bakre delen av käken, är vårt bett cirka 40-50 procent effektivare än det är för alla människoapor. Det är till och med effektivare när vi biter på framsidan av käken.
“Vi har bara tittat på två utdöda homininer i den här studien, men i förhållande till vår storlek är vi människor jämförbara när det gäller maximal bettkraft med dessa fossila arter, som bland annat inkluderar “nötknäpparmänniskan”, som är känd för sin särskilt massiva skalle och käkmuskler. Storleken är viktig, men effektiviteten är viktigare – och människor är mycket effektiva bitare.
“Viktigt är dock att vår studie fokuserar på generering av högsta bettkrafter under korta tidsperioder. Käkarna hos andra arter kan vara bättre anpassade för att upprätthålla tuggning under långa perioder. Detta innebär att även om människan är på samma nivå som människoapor när det gäller förmågan att snabbt knäcka ett hårt föremål, till exempel en stor nöt, eller bearbeta mindre sega livsmedel, till exempel kött, kan hon vara mindre väl anpassad för att bearbeta segt material, till exempel löv eller bambu, vilket kräver en ihållande tuggning under en lång tidsperiod.”
I studiegruppen ingick UNSW-kollegorna Toni Ferrara, Darren Curnoe och Uphar Chamoli, tillsammans med Colin R. McHenry från University of Newcastle, och fick stöd från Australian Research Council.