Att veta vad utdöda djur åt har länge bestämts genom att analysera kolisotoper låsta inuti fossila tänder. I två decennier har ett nyckelisotopvärde i dessa ekvationer har antagits vara detsamma för alla växtätande däggdjur, men ny forskning ledd av Julia Tejada-Lara från American Museum of Natural History och Columbia University, och publiceras i tidskriften Förfaranden från Royal Society B , motsäger det antagandet, avslöjar att värdet ändras med kroppsstorlek.

Att sluta sig till kosten för utdöda ryggradsdjur beror traditionellt på anatomiska data för en art – till exempel, formen på tänderna, höjden och mängden slitage av tandemaljen, och konfigurationen av skallen och käken. Men på senare tid, forskare började använda stabila kolisotopanalyser (δ13C) för att direkt bestämma de livsmedel som utdöda växtätare åt medan de levde. Stabila kolisotoper, som bildas i specifika proportioner inuti växter, bevaras i kroppsvävnaderna hos djuren som äter dessa växter. Genom att ta prover från djurets ben, tänder, tånaglar, eller annat biologiskt material, paleontologer kan bestämma vilka växter som enskilda djur konsumerade, hur olika arter kan ha delat upp resurser i samma livsmiljö, och till och med övergripande nederbörd eller andra miljöegenskaper.

"Stabila kolisotopstudier är nu en viktig del av våra vetenskapliga verktygssatser, informera ett brett spektrum av paleontologiska och geologiska ämnen, från rovdjur-byte-interaktioner till antika regnbedömningar, sa John Flynn, en medförfattare på studien och Frick Curator of Fossil Mammals i museets avdelning för paleontologi. "Att tillämpa våra nya formler som tar hänsyn till kroppsstorlekseffekter är avgörande för en mer exakt förståelse av historien om olika arter, ekosystem, och klimat i jordens historia."

När ett djur införlivar kol från sin kost i sin kroppsvävnad, en rad fysiologiska processer påverkar hur mycket av och i vilka proportioner kolisotoperna faktiskt absorberas. Baserat på studier av kor och andra stora klövvilt, Forskare har allmänt antagit att skelettvävnaderna hos alla växtätande däggdjur "berikas" med cirka 14 promille (14 delar av tusen) i stabila kolisotoper i förhållande till maten de äter. Den konstanten, kallas anrikningsvärdet, är en väsentlig del av den ekvation som forskarna använder för geokemiska analyser av djurfoder. Men Tejada-Lara, en doktorand vid museet och vid Institutionen för jord- och miljövetenskaper vid Columbia University, som studerade sengångare, var misstänksam att något förbises med denna en-storlek-passar-alla-ekvation.

"Med ett enda värde för alla däggdjursväxtätare, från små apor till jätteelefanter, verkade som ett stort antagande för mig, " sa Tejada-Lara, huvudförfattaren till studien. "Jag bestämde mig för att titta närmare på berikningsvärdet i levande och fossila dovendjur eftersom de är avvikande i ett antal drag jämfört med växtätande däggdjur som helhet."

I samarbete med Huachipa Zoo i Lima, Peru, Tejada-Lara tog prov på maten och tanddamm – som samlats in under rutinmässig veterinärtandvård – från två arter av moderna sengångare:den tretåiga sengångaren (Bradypus variegatus) och den tvåtåiga sengångaren (Choloepus hoffmanni). Sengångarna som analyserades fick en kontrollerad och stadig diet från en ung ålder, ger forskarna möjlighet att direkt mäta mängden stabil kolisotop de får i sig. När forskarna beräknade anrikningsvärdet för kolisotop baserat på prover tagna från sengångarnas tänder, de bestämde det till 10 promille för tretåiga sengångare och 12 promille för tvåtåiga sengångare.

De mätte sedan anrikningsvärdet för den gigantiska utdöda marksengången Mylodon darwinii, som bodde i Sydamerika fram till omkring 10, 000 år sedan. Genom att ta prov på dynga som återvunnits med fossilet och tänderna på provet, forskarna bestämde att tandvävnaden berikades med cirka 15,5 promille i förhållande till proportionerna i kolet i kosten.

"Det är ungefär en 5-promille variation bara inom en enda grupp av däggdjur, " Sa Tejada-Lara. "Det kan göra stor skillnad i tolkningen av forskningsresultat, inklusive potentialen för denna upptäckt att ge mer precision om hur utvecklingen av kosten i vår egen härstamning har utvecklats, eftersom primater inkluderar små och stora arter."

Forskarna kombinerade slovdata med berikningsvärden beräknade för en rad andra växtätare från däggdjur med kända dieter, från präriesorkar till grisar till giraffer, och hittade ett dramatiskt tydligt mönster:anrikningsvärdet ökar i allmänhet tillsammans med kroppsstorleken. De fann att vid 9,1 promille, husmusen (Mus musculus) hade det lägsta värdet av de uppmätta, och den utdöda sengångaren Mylodon hade störst värde. Baserat på denna studie, forskargruppen har föreslagit nya modeller för hur kol införlivas i däggdjursväxtätare, från mat till tänder, för att det vetenskapliga området ska integreras i sina studier av moderna och antika djur och ekosystem.

Studien fann också ett annat mönster av anrikning beroende på sammansättningen av ett djurs matsmältningskanal - specifikt om djuret är en förtarms- eller baktarmsjäsare. Som det visar sig, den gigantiska malda sengångaren Mylodon var en förtarmsjäsare som producerade enorma mängder metan.