Appendicular Muscle Physiology and Biomechanics in Crocodylus niloticus.

ABSTRACT

Archosaurian reptiles (including living crocodiles and birds) had an explosive diversification of locomotor form and function since the Triassic approximately 250 million years ago. Their limb muscle physiology and biomechanics are pivotal to our understanding of how their diversity and evolution relate to locomotor function. Muscle contraction velocity, force, and power in extinct archosaurs such as early crocodiles, pterosaurs, or non-avian dinosaurs are not available from fossil material, but are needed for biomechanical modeling and simulation. However, an approximation or range of potential parameter values can be obtained by studying extant representatives of the archosaur lineage. Here, we study the physiological performance of three appendicular muscles in Nile crocodiles (Crocodylus niloticus). Nile crocodile musculature showed high power and velocity values-the flexor tibialis internus 4 muscle, a small "hamstring" hip extensor, and knee flexor actively used for terrestrial locomotion, performed particularly well. Our findings demonstrate some physiological differences between muscles, potentially relating to differences in locomotor function, and muscle fiber type composition. By considering these new data from a previously unstudied archosaurian species in light of existing data (e.g., from birds), we can now better bracket estimates of muscle parameters for extinct species and related extant species. Nonetheless, it will be important to consider the potential specialization and physiological variation among muscles, because some archosaurian muscles (such as those with terrestrial locomotor function) may well have close to double the muscle power and contraction velocity capacities of others.

RESUMEN

Les archosaures, le groupe de reptiles incluant les oiseaux et les crocodiles actuels, sont caractérisés par une diversification importante de leurs formes et fonctions locomotrices depuis le Trias il y a environ 250 millions d'années. Des études biomécaniques et musculaires centrées sur les membres appendiculaires sont donc essentielles pour comprendre le lien qui unit les fonctions locomotrices des archosaures avec leur histoire évolutive et leur forte diversité. Les données les plus fréquemment utilisées, telles que la vitesse de contraction et la force musculaire, ne sont pas accessibles pour les archosaures éteints tels que ceux issus de la lignée fossile des crocodiles (pseudosuchiens), les ptérosaures ainsi que les dinosaures non-aviens. Ces données sont pourtant nécessaires à l'établissement de modélisations et de simulations biomécaniques à l'échelle du groupe. Il est cependant possible d'obtenir une estimation de ces paramètres à partir des archosaures actuels. Cette étude présente en détails la physiologie de trois Crocodiles du Nil (Crocodylus niloticus) en détaillant les performances musculaires de leur appareil locomoteur. Les muscles des Crocodiles du Nil présentent des forces et des vitesses de contraction élevées. Les performances du muscle flexeur tibialis internus 4, qui est un petit muscle ischio-jambier entre la hanche et le genou fréquemment sollicité chez les animaux terrestres, s'avèrent être particulièrement élevées. Notre étude met en évidence des différences de physiologie entre les muscles, potentiellement liées aux différences de fonctions locomotrices et à la composition des différents types de fibres musculaires. En couplant ces nouvelles données avec celles déjà connues chez les oiseaux, il est possible de mieux estimer les paramètres musculaires d'espèces éteintes ainsi que d'espèces actuelles phylogénétiquement proches. Il est également essentiel de considérer les différentes spécialisations ainsi que les variations de physiologie musculaire. En effet, les muscles de certains archosaures, en particulier ceux dotés d'un mode de locomotion terrestre, pourrait présenter des forces et vitesses de contractions musculaires bien supérieures à celles d'autres espèces.By Romain Pintore, RVC.