摄食在哺乳动物咀嚼时，会在牙齿上留下明显的图案。然而，一个尚未解决的挑战是如何将种内变异性纳入饮食重建和咀嚼的生物力学方面。两个现存的灰狼种群(狼犬)，一个来自阿拉斯加，一个来自瑞典，分析了与猎物大小相关的种内饮食变异，这取决于地理来源、性别、个体年龄以及牙齿功能。通过三维表面纹理分析分析了上第四颗前磨牙、第一磨牙和第二颗下磨牙的咬合牙釉质切面。瑞典狼的面部特征是更高的山峰和更深、更大的山谷，总体上比阿拉斯加的狼更粗糙。与母狼相比，瑞典公狼的面有更大的山谷面积和丘陵体积。与上第一磨牙相比，上第四前磨牙更光滑，纹理方向上的数值也更高。上第一磨牙比咬合的下第二磨牙更粗糙，并且具有更大更深的沟壑，我们发现证据支持种内饮食隔离和咬合磨损特征的拮抗不对称。这些数据为灰狼等顶级掠食者的角色提供了新的见解

认识到骨骼消耗对已知饮食的食肉动物磨损纹理的影响。这表明，鬣狗也以尸体的骨头为食，与猎豹等肉食者相比，它们的磨损纹理是不同的。而同时以骨头和肉为食的狮子，则表现出混合的纹理特征。
Ungar等人[10]通过添加土狼(Canis latrans)和非洲野狗(Lycaon pictus)，扩大了比较食肉动物数据集的范围，土狼在纹理上表现出更多的长度尺度的地形各向异性(epLsar，“各向异性”)，而非洲野狗(Hasfc，“异质性”)具有高度的面积尺度分形复杂性异质性(Hasfc，“异质性”)。有研究表明，尽管犬科动物(土狼和狼)齿面的DMTA捕获了饮食差异[15]，但Tanis等人[15]也证明，在类似的咬合表面(磨ml talonid和磨m2)之间，DMTA是无法区分的。然而，还有第二种牙齿微磨损纹理方法，该方法使用三维工业面表面纹理标准(3DST，回顾见[16])。这种方法非常敏感，不仅在种内水平，而且在区分相邻牙齿位置的类似表面时也非常敏感[17-19]。此外，首次有证据表明，现代北美灰狼(Canis)种群的饮食行为在过去50年中发生了变化，与冬季严酷程度和气候变化有关[20]。因此，我们的目标是在种内水平上区分北半球两个现代但地理上不同的种群之间的饮食适应。这将使我们能够更清楚地了解一个物种内部的可变磨损纹理是如何变化的，并探索当地种群的饮食习惯，为重建化石记录中的饮食特征提供更好的基础，
对于许多在维持现存生态系统和食物网健康方面发挥关键作用的顶级捕食者来说，所代表的饮食策略和当地特征的范围非常重要。现代灰狼(C. lupus)是晚第四纪世界上分布最广泛的顶级捕食者之一，其历史范围覆盖了北半球的大部分地区[21]。目前，狼的分布在过去几个世纪中减少了约三分之一，主要分布在荒野和偏远地区，其中大部分分布在加拿大、阿拉斯加和美国北部、欧洲和亚洲约75°N-12°N[22]。最重要的问题之一是它们与猎物种群相互作用的性质[23]，尚未得到解答。因此，我们的目标是捕获来自阿拉斯加和瑞典两个地理位置不同的种群之间广泛的饮食差异，以确定与饮食相关的种内适应的潜力[22,24,25]。此外，我们测试了牙齿排内的功能分化，以更好地了解咀嚼过程。阿拉斯加和瑞典的狼的饮食(图1)主要包括驼鹿(Alces Alces)[12-14,26]等大型有蹄动物和其他猎物种类，包括瑞典的狍(Capreolus Capreolus)、阿拉斯加的驯鹿(Rangifer tarandus)、海狸(Castor fiber)、獾(Meles Meles)、野兔(Lepus europaeus、L. timidus、L. americanus)、小型啮齿动物(Ondatra zibethicus、Apodemus spp.、Microtus spec.、Sciurus species等)和多种鸟类，以及部分植被[13,27,28]。在阿拉斯加(图la，表1)，它们的饮食由50%的大型哺乳动物(51.5%，驼鹿)和50%的中型物种(7%，驯鹿)以及小型哺乳动物(29.9%)、植被(3%)和其他(8.6%)组成[12]，而在瑞典(图1b，表1)，它们的主要猎物是大型哺乳动物(68.5%，驼鹿)、中型鹿科动物(10.3%)和狍(7.1%)。食用小型哺乳动物和鸟类的比例较小(10.2%)[12-14]。可以假设，像驼鹿这样的大型尸体必须被撕成碎片，肉和较软的组织必须被撕掉[12,29]。犬科动物用它们的肉状牙齿(第四上前臼齿和下第一臼齿)来切肉和肌腱。然而，骨头更靠后，在上第一磨牙和下第二磨牙之间[8,10]。
狼的取食顺序如下:在取食柔软的内脏后，先食用后肢和前肢的大肌肉，再取食头部肉、后肢、前肢和头部内容物[29]。最后消耗的是胸腔、腿骨和兽皮的组织。这种顺序是提取组织的能量消耗与获得的卡路里相关的结果，并且在所有大型食肉动物(如鬣狗和狮子)中是一致的[30]。无论猎物的类型如何，动物的食物总是被磨料污染。
灰尘和沙粒会污染皮毛、羽毛和暴露在外的软组织。然而，小型猎物身上的污染不会与牙齿接触，因为这些动物不经咀嚼就被整个吞下[12,29]。为了消除寄生虫，狼还会吃植物，这些植物在它们的饮食中只占一小部分[12,29]。最近有证据表明，区域和季节的饮食变化。例如，根据季节的不同，南方北方生态系统中的狼更多地依赖于植物物质，
例如浆果，比之前认为的要多[31]。此外，研究发现狼也可以利用海洋资源[32,33]，并且根据栖息地组成、季节、植被斑块的分布，具有相当大的区域饮食多样性[33]

来自(a)阿拉斯加(根据Ballard等人[12])和(b)瑞典(根据Olsson等人[13]，mller[14])的狼疮C.狼疮的猎物种类(%6)

来自阿拉斯加和瑞典的猎物[2]的体重和所有猎物的平均体重

拉住猎物的一部分，撕下碎片，带着它们。掠食器(P4和ml)和前磨牙会分解食物，而掠食器则用来折断骨头和切断密集的结缔组织，如肌腱;此外，它们还可能参与前牙抓取的食物丸的崩解。ml的爪状骨和后磨牙会进一步分解食物。
考虑到与更大质量和机械阻力的硬组织的应力载荷相互作用，我们提出频繁的牙骨和牙软骨接触，反过来导致咬合三维表面纹理，同样在后磨牙中，显示出高体积参数等特征，这也在硬噬类群中发现。虽然以肉类为主的摄食，在没有参与应力加载的硬组织相互作用的情况下，可以产生抛光和高度各向异性(线性导向)的磨损模式，但高度硬食性的饮食，反过来，由于冲击和挤压作用，会留下高体积的山谷和陨石坑。
因此，我们预计，与阿拉斯加的狼相比，描述高度和体积的参数以及表明高水平纹理粗糙度的参数在瑞典种群中会很高。因为在狼群的等级中只有轻微的性别二态性，这也应该反映在摄食行为上。因此，我们预计性别比例和性别二态性对种群特异性信号的影响很小

假设2(牙齿功能)
狼的牙齿在处理刚杀死的猎物和尸体方面效率很高[29]。肉质部分和柔软组织的切片是用咬合的掠食器进行剪切切割运动。两颗牙齿(P4和m1)都具有特征
当以高角度暴露于摄食物时，自磨刀片的功能类似于一把剪刀[8,35]。像骨头和软骨这样的硬材料，必须被粉碎才能进入营养丰富的骨髓，它们在巨大的第一上磨牙(M1)和它的拮抗剂第二下磨牙(m2，图la,b)的尖尖之间被穿刺粉碎[8,10,35]。
本研究使用的20只1958年狼疮林奈犬(12只来自瑞典，8只来自阿拉斯加)的颅骨标本，分别保存在莱布尼茨生物多样性变化分析研究所、德国汉堡自然博物馆(ZMH)和瑞典自然历史博物馆(NRM)。ZMH标本起源于阿拉斯加(美国)的三个地方，是在1952年至1964年的狩猎旅行中拍摄的(图2n)。性别二态性数据(标本的雌性或雄性)在博物馆目录中注明，并用于雌性和雄性之间的饮食比较。在2010年至2012年期间，NRM的标本要么在野外被射杀，要么在交通事故中丧生，要么被发现因自然原因死亡(图2b)。所有标本都在冬季的12月至3月间死亡。被选择取样的个体有保存完好的前磨牙、磨牙、食肉牙齿(P4、M1)和下第二磨牙(图3)。年龄小于2岁的标本(幼年)和年龄较大的标本(>11岁)被排除在取样之外

(d) (b)阿拉斯加和(c)瑞典的狼疮c的采样地点的地理概况，地点编号参考电子补充材料中给出的标本

lupus (NRM 20115027)取样牙齿位置的形态学，(c)上第四前磨牙(P4)和上第一磨牙(M1)的闭舌视图:
显示的齿面3和9，(b)采样的下颌第一m1和下颌第二m2的颊面视图:显示的齿面9(尺度:1 cm;M:中位，b:颊位)

纹理参数在两个c狼疮人口(9)上P4,方面。S10z 10点高度的表面(pruning59)(嗯),SSp是五点峰高(修剪= 5%)(μmμm -), Sdq是规模有限的均方根梯度表面(% 6),特别提款权是规模有限的开发界面面积比表面(嗯),关闭阀是指封闭的山谷体积(修剪= 5%)(嗯'um - Sp最大峰高(嗯),Spc是算术平均峰值曲率(pruning5%)(嗯)Sv为最大坑高(um)， Sz为最大尺度限制面高度(um)， Ww为山谷空隙体积(p 80%)(无单位);星号(“)水平的意义:假定值(),< 0.01(0.05),< 0.01(“”)

统计数据
按照Calandra等人的方法[38]，计算了30个参数的算术平均值和标准差作为描述性统计:对于每个假设，使用完整的30个参数集，将数据修剪至15%以补偿非正态性，并完成了三次分组比较统计检验。稳健的Welch-Yuen(异方差综合)检验[40,41]与异方差两两比较检验(类似于Dunnett的T3检验[42])相结合，以检测算术均数内的显著差异。此外，根据Cliff[43]，采用基于秩的异方差检验来补偿方差的非正态性和异质性，并检验秩变换后的显著性是否稳定。如果数据不异质或处于正态分布[44,45]，则发现这种测试组合的表现优于f检验ANOVA和countervails。使用程序R版本3.0.1进行统计分析[46]。使用了以下包及其依赖项:1
xlsxReadWrite版本0.5.1 [47]，doBy版本4.5.6 [48]，r.l utils版本1.25.2[49]和grDevices版本3.0.1[50]。
3. 结果
3.1. 种内饮食分离(假设1)
在30个参数中的10个参数中，瑞典狼的面在上P4的面9上的值明显高于阿拉斯加狼的面(图4，表2)。瑞典狼的峰更高，谷更深(图5;Spp <0.006, Sup-0.004和Szp <0.002的较高值)，显示较粗糙的表面(S10zp <0.001, S5p p-0.004 Sdqp <0.001的较高值)。
0.001 Sdrp<0.001和Spcp s0.001)，具有更大的峰谷(Sdvp 0.001和Vop<0.001的较高值)。
我们对来自瑞典的公狼和母狼进行了测试，以探索在三维表面纹理(面3和9)中反映的性别隔离。一般来说，与母狼相比，公狼的山谷面积和丘陵体积更大(更高的Sdap 0.05和Shps 0.043值)(表2，图6)。
3.2. 牙齿功能(假设2)
对两个上牙位置(上P4, facet 9与上M1, facet 3)的比较揭示了纹理特征的9个显著差异。与上部P4相比，M1更粗糙(Saps0.042更高)，并且具有更多的体积峰(Sal ps0.009, Smcps0.02, Vmp s 0.015, Vmcps 0.022, Vmpp s 0.015, Vpcp s0.013, Vops0.018)(表2，图7)。与上部M1 (Std= 30°)相比，上部P4在纹理方向上(Std=90°)具有更高的值。
3.3. 对抗性对称(假设3)
比较上颌第一磨牙的咬合面3和对抗性下第二磨牙的30个参数中的6个纹理变量(表2，图8)，我们发现上颌第一磨牙的咬合面3在30个参数中存在显著差异。上颌第一磨牙较为粗糙，其特征是更大更深的谷，只有几个峰(较高的Sdps0.011 spps 0.004 Sp s 0.048 Sup s 0.004, Sxpp s 0.039和Vovps 0.039值)

ISO 25178参数:S10z 10点高度的表面(修剪= 5%)(嗯),S5p是五点峰值嗨!(修剪= 5%)(嗯嗯-),因此是算术平均高度/意味着表面粗糙度(嗯),萨尔是自相关长度(s = 0.2)(嗯),Sdo是意味着戴尔区(修剪= 5%)(嗯嗯-),西班牙的均方根梯度规模有限的表面(% 6),特别提款权发展规模有限表面的界面面积比(嗯),关闭阀是指封闭的山谷体积(6)修剪= 5%(嗯嗯-),Smc为材料面比的倒数(p=10%6)， Spc为算术平均峰曲率(剪枝=5%)(um)， Sp为最大峰高(um)， Sg为高度分布的标准差，或表面粗糙度的RMS (um)， Std为纹理方向(m)。Svis最大坑高(um)， Sxp是峰值极端高度p%和q%之间的高度差(p=50%， q=97.5%6) (um)， Sz是尺度限制表面的最大高度(um)， Vm=给定材料比下的材料体积(p=10%6, g= 80%) (um um-)， Vmc是给定材料比下的核材料体积(p=10%6, g= 80%) (um'um-)， Vimp是峰的材料体积(p=10%6) (um'um-)， Wcis是核的空隙体积(p=10%， q=80%) (um'um-)，Wis为给定材料比p= 10%时的空洞体积(μm' μm-')， Wvis为山谷空洞体积(p=80%)(无单位)，Shvis为平均丘陵体积(修剪=5%)(μm' μm-)。Df，自由度;Ft，检验统计量;Nul，一自由度;Nu2，第二自由度;P，显著性水平;Ph，检验统计量;Pl，较低的95%置信区间;Pu，上95%置信区间

上第一磨牙(M1)和下第二磨牙(m2)的纹理参数。Sdg为均方根梯度(无单位)，Sdr为发达界面面积比(%6)，Sq为高度分布的标准差，或RMS表面粗糙度(um)。Sv是最大山谷高度，平均平面和最深山谷之间的深度(um)， Sxp是峰值极端高度p%和q%之间的高度差(p 14 50%和q 14 97.5%) (um)， Vw是给定材料比p=80%时山谷的空隙体积(um um-);星号(*)表示显著性水平:p值为s0.05(*)、s0.01(*)、s0.01(**)。
食肉动物主要表现为向颚运动，将侧向成分限制在最低限度[35]。我们发现，上P4磨擦为主的关节面90°的纹理方向角(Std)会立即反映这些正交运动。然而，纹理方向的较低角度(Std-30)，如肉滑后上M1所示，应该是磨蚀性食入的结果，可能是由齿尖侧翼引导的硬组织接触。这些功能特征进一步得到了下第二磨牙上更大的谷、更少的峰和更少粗糙纹理的支持，并支持了我们的假设2。
4.3. 对抗性对称(假设3)
在猎物加工阶段，与上尖接触相比，下尖-食食接触总是不太容易立即产生侧峰负荷。它们更倾向于作为稳定的拮抗剂，具有更少的横向运动成分，从而增加了接触相对于下齿列保持相同位置的可能性，而上齿接触则执行横向摩擦成分。与拮抗剂m2相比，我们考虑上M1的粗糙纹理，以立即反映这种生物力学约束，因此考虑由我们的数据支持的假设3。
随后，咀嚼也可能会对拮抗剂产生不同的影响，因为下牙尖会受到重力的一些额外负荷，这一机制迄今为止仅由Kaiser和Fortelius[63]基于拮抗类臼齿的介面磨损数据提出。然而，我们承认，据我们所知，在DMTAl中从未发现过字母效应，但与早期猎物加工活动中与力引入相关的生物力学约束相比，字母效应应该是次要的。
因此，我们得出结论，在上臼齿和下臼齿的磨损特征中观察到的不对称，作为上齿尖上更多的磨损主导的纹理特征，很可能是早期猎物加工活动的生物力学约束的结果，而不仅仅反映了与大型食肉动物咀嚼过程相关的功能特征。我们现在可以理解在瑞典种群中发现的更明显的上牙尖和下牙尖的不对称，以反映他们对大型猎物物种(麋鹿)的依赖，要求猎物加工口腔活动在食口-牙齿功能表面界面传递显著的侧向载荷。
因此，我们的数据也支持Burtt和DeSantis[20]的证据，即牙齿功能的多样性使现存的狼能够以多种多样的猎物为食，并在其当地饮食特征方面表现出高度的机会主义。DMTA可以捕捉到这些特征，从而为包括狼的化石祖先提供了机会，这可能会指导我们更好地理解这种饮食特征的深层历史和它们整个牙齿的功能特征的进化。
道德。这项工作不需要人类受试者或动物福利委员会的伦理批准。数据的可访问性。支持本文的数据集已作为补充材料的一部分上传[64]。表面纹理参数值的原始数据可通过Zenodo获取[65]。
人工智能使用声明。在撰写本文时，我们并没有使用人工智能辅助技术

雌性瑞典狼(n=6)和雄性瑞典狼(n6)上第四前臼齿第9突面纹理参数的箱线图(ps0.05)。(一)Sda =的意思
山谷面积(修剪=5%6 um2 um-)， (b) Shv=平均山丘体积(修剪=5% um-);星号()=显著性水平:p值s 0.05 (")，s 0.01 (")，s
0.01 (***).

这两个人群的上第四前磨牙(P4)和上第一磨牙(M1)的纹理参数，如表2所示。Sa为算术平均高度/平均表面粗糙度(um)， Sal为自相关长度(s=0.2;Smc为材料面积比的反比(p=10%6)， Std为纹理方向，Vm为给定材料比(p=10%)下的材料体积(um'um-)， Vmc为给定材料比(p=10%6, q=80% 6)下的芯部材料体积(um'um-)， Vmp为峰部材料体积(p=10%6) (um'um-)， Wc为芯部空隙体积(p=10%， q=80%) (um'um-)， W为给定材料比p=10%时的空隙体积(um'um-);星号(*)表示显著性水平:p值为s 0.05(*)、s 0.01(**)、s 0.01**、
预计三维表面纹理反映了轻微的性别隔离，我们认为我们的数据支持这一假设，因为雄性和雌性瑞典狼在咬合纹理上高度相似，只有山谷和山谷参数对性别特异性差异敏感。这种相似性可能是狼群结构中共同的狩猎活动以及雄性首领和雌性首领平等获取资源的结果[62]。然而，我们承认瑞典狼也是高度近亲繁殖的，这可能对这一特征有很大贡献。
4.2. 牙齿功能(假设2)
异齿畸形是哺乳动物的关键适应性之一。臼齿位置的形态差异可能解释了拮抗咬合面所代表的特定功能特征。因此，我们测试了在磨牙(上第四前磨牙，P4)和后磨牙上第一磨牙(M1)位置的剪切切割运动是否显示出不同的表面纹理模式。我们的研究结果表明，与上前磨牙相比，上第一磨牙更粗糙，具有更大的峰谷(更高的Sal, Smc, Vm, Vmc, Vmp, Vvc, Vo)，这是对抗性肉质体系的一部分。
尖状和体积大的峰和谷表明了硬噬作用，但不是剪切作用，这些纹理与在咀嚼后磨牙之间进行的碾碎活动的重要组成部分有关。纯粹的剪切活动。由于由上第四前磨牙执行，导致表面纹理更加光滑。因此，我们的数据进一步证明了Evans &l Fortelius[35]、Golliot等人[8]、Schubert等人[9]、Ungar等人[10]和Severtsov等人[34]所证明的犬科动物兽性磨牙和兽性磨牙后磨牙之间的功能差异