https://frosthead.com

Sådan bygger du en kæmpe dinosaur

De var de mest gigantiske dyr nogensinde at vandre jorden. Sauropod-dinosaurer - “tynd i den ene ende; meget, meget tykkere i midten; og derefter tynd igen i den yderste ende, ”som komikeren John Cleese beskrev dem - var titaner, der trivedes i mere end 130 millioner år. Den største kendte art, såsom Argentinosaurus og Futalognkosaurus fra forhistorisk Sydamerika, strækkede sig over 100 fod lang og vejede i over 70 tons. Ben fundet i 1870'erne (og siden på en eller anden måde mistet) antyder, at en gåtefuld art, der hedder Amphicoelias, måske har været endnu større.

Intet landpattedyr har nogensinde kommet tæt på størrelsen på disse gargantuanske dinosaurier. Det forhistoriske hornløse næsehorn Paraceratherium - det største landpattedyr nogensinde - var blot 40 meter langt og vejede et skånsomt 17 ton, og nutidens afrikanske buskelefanter på 5 ton ville se smukke ud ved de største sauropod-dinosaurier. (Blå hvaler på 100 fod og 200 ton er lidt mere massiv end sauropoder, men det er lettere fysiologisk at være stort i et vandmiljø.)

Hvad var det med disse dinosaurer, der gjorde det muligt for dem at blive de største landdyr nogensinde? Paleontologer har forvirret spørgsmålet i mere end et århundrede. Selv gigantiske forhold med relativt beskeden størrelse som Apatosaurus og Diplodocus, mente de tidlige naturister, var så store, at de må have været begrænset til floder og søer dybt nok til at understøtte dinosaurernes hovedpart. På land gik argumentet, disse dinosaurier ville kollapse under deres egen vægt. I 1970'erne bekræftede skeletbevægelser og bevarede fodaftryk i baner, at sauropoder var jordboere. Men det har først for nylig været, at paleontologer har kunnet begynde at låse hemmelighederne op for, hvordan disse tilsyneladende usandsynlige dyr udviklede sig i løbet af deres levetid, og hvordan de udviklede sig i første omgang.

At forstå sauropodernes naturhistorie har været afgørende for at finde ud af, hvordan de blev så store. Selvom nogle af de tidligste medlemmer af sauropod-afstamningen - såsom den 230 millioner år gamle Panphagia fra Argentina - var mindre end fem meter lange, havde de endda en unik kombination af træk, der til sidst gjorde det muligt for gruppen at nå enorme størrelser.

Den måde, sauropoder reproduceres på, kan have været en nøgle til deres evne til at vokse til så vidunderlige størrelser. Mor sauropods lagde omkring 10 æg ad gangen i små reden; der er fundet snesevis af fossiliserede ægkoblinger, ligesom tusinder af æg fra steder overalt i verden. (Nogle endda konserverede embryoner inde, hvilket tillader, at paleontologer definitivt identificerer sauropodæg efter deres form.) Det betyder, at disse dinosaurier voksede uden for deres mors kroppe. Ifølge Christine Janis fra Brown University og Matthew Carrano fra Smithsonians National Museum of Natural History, åbnede æglægning af evolutionsmuligheder for disse dinosaurier.

For store pattedyr er det en stor investering at bære et foster. Udviklingen af ​​afrikanske bush-elefanter gestuserer inde i deres mødre i overvældende 22 måneder, for eksempel, og jo større pattedyrarter får, jo længere skal deres afkom udvikle sig før fødslen. Meget kan gå galt under en lang drægtighed, inklusive spontanabort, og næring af et så stort embryo så længe er et enormt energiforløb for en vordende mor (for ikke at sige noget om at amme babyen og yde pleje efter fødslen). Når pattedyr bliver større, øges risikoen og omkostningerne ved at bære afkom, og derfor kan der være en slags størrelsesgrænse, som landpattedyr ikke kan krydse.

Mor sauropods på den anden side behøvede ikke at bære deres udviklende babyer i næsten to år, og de kunne lægge adskillige æg med relativt korte intervaller. Nogle arter har muligvis ydet forældrepleje efter udklækning: sjældne baner viser, at nogle besætninger sandsynligvis inkluderede sauropoder i forskellige aldre. Men fans af den animerede film The Land Before Time er måske skuffede over at vide, at andre sandsynligvis ikke plejede deres unge. Paleontologer har også fundet knoglesenge, der kun indeholder unge sauropoder af arter som Alamosaurus, hvilket indikerer, at disse dinosaurier var alene, når de forlod reden.

Uanset om unge sauropoder hang ud i store besætninger eller i mindre grupper af dinosaurer deres egen alder, var de unge dinosaurier sandsynligvis kræsne spiser. De måtte være det, hvis de skulle vokse til voksen størrelse. Diplodocus er en af ​​de mest ikoniske sauropod-dinosaurier, og voksne i denne jura-planteæder havde brede, kvadratiske off-muzzles, der tyder på en udømmelig diæt. Foruden energirige ginkgo-træer og nåletræer, der kaldes abepuzzler, kunne de også have overlevet på fødevarer af lavere kvalitet som cykader og de hårde dele af nåletræer. En ungdoms kranium, beskrevet af John Whitlock, Jeffrey Wilson og Matthew Lamanna sidste år, antyder, at den unge Diplodocus havde forskellige smag.

Paleontologer har erkendt, at forskellene i menuvalg mellem græsning og gennemsøgning af planteetere generelt kan ses i kraniet. Mens græsere har brede krus til at tørklæde en lang række fødevarer, har selektive browsere smalere og afrundede snutter, der gør det muligt for dem at vælge specifikke planter eller plantedele. (Nogle fantasifulde rekonstruktioner gav Diplodocus og andre sauropods elefantlignende kufferter, som man kunne plukke mad med, men denne idé er grundigt debunkert.) Siden den juvenile Diplodocus- kranium havde en mere afrundet form, foreslog Whitlock og kolleger, at den valgte det saftigste gennemsøg - juvenil Diplodocus kan have fokuseret på fødevarer som hestehale, bregner og højenergi-stedsegrønne planter i stedet for at suge ned hvad der var tilgængeligt, som voksne gjorde.

Fra et energiperspektiv var det fornuftigt, at unge sauropoder var valgfri. Små dinosaurer krævede mest penge for deres sorteper med hensyn til mad; de var specialiserede til at plukke højenergianlæg til at brændstof for deres hurtige vækst. Voksne, som allerede var store og blot skulle vedligeholde - snarere end vokse - store kroppe, havde råd til at hork ned store mængder brændstof af lavere kvalitet. Mens de spiste mere mad absolutt, kunne voksne sauropoder spise mad af lavere kvalitet, mens mindre sauropoder krævede mad af høj kvalitet. (Dette er et almindeligt mønster, der ses blandt dyr, også i dag: en lille skrog skal spise nærende insekter næsten konstant, men afrikanske elefanter kan undervise i en diæt med græs af lavere kvalitet og anden plantefoder.) Forskellen i kosten kan have tilladt unge og modne Diplodocus for at bo i det samme område gennem et fænomen, som økologer kalder "nichepartitionering." Specialiseringen af ​​ungdyrene og den mere generalistiske diæt blandt de voksne holdt dem ude af konstant konkurrence om mad, hvilket betyder, at den unge og gamle DRMocus fodrede næsten som hvis de var to forskellige arter.

Tidlige naturforskere mente, at sauropoder var så enorme, at de må have været begrænset til floder og søer dybt nok til at støtte deres hovedpart. Først i 1970'erne bekræftede skeletbevægelser og bevarede fodaftryk, at sauropoder var jordboere. (© Julius T. Csotonyi, csotonyi.com) Argentinosaurus og Futalognkosaurus, afbildet, fra forhistorisk Sydamerika, strækkede sig over 100 fod lang og vejede over 70 tons. (© Julius T. Csotonyi, csotonyi.com)

For at indtage al den mad, var der dog behov for sauropoder at nå det. Lange halse var en kritisk, tidlig tilpasning, der gjorde det muligt for sauropoder at opnå store kropsstørrelser, ifølge en nylig gennemgang af Martin Sander og 15 andre forskere. Tænk på en Apatosaurus, der står ved kanten af ​​en forhistorisk skov. Dinosaurus lange hals ville give den mulighed for at nå et bredt skår af vegetation - høj og lav, venstre og højre - uden at bevæge sin krop overhovedet. Fra tidligt i udviklingen af ​​sauropod gjorde lange nakker disse dinosaurier effektive foderstoffer i stand til at nå ressourcer, der var utilgængelige for andre planteetere, og selv med små hoveder ville store sauropoder let have kunnet støvsuge store mængder mad.

Lige hvordan disse dinosaurer konverterede al denne grønne mad til energi og væv er en vanskeligere sag. Sauropods havde ikke robuste batterier af molar til at tygge deres mad. Mange havde kun et par blyant- eller skeformede tænder til at plukke mad, inden de sluges hele. I betragtning af sauropodernes dårlige bordmåde tænkte forskere på, at dinosaurerne måske havde slugt sten for at slibe mad stadig op i maven, som nogle fugle gør. Paleontologer Oliver Wings og Martin Sander har hævdet, at dette sandsynligvis ikke var tilfældet - såkaldte “mavesten”, der findes hos nogle sauropodfossiler, viser ikke et slidmønster, der var i overensstemmelse med, hvad man kunne forvente, hvis de blev brugt på denne måde. I stedet ekstraherede dinosaurierne så meget ernæring som muligt fra deres mad ved at beholde den i lange perioder i deres fordøjelsessystemer.

Et par detaljer om sauropod-fordøjelse blev eksperimentelt modelleret af Jürgen Hummel og kolleger i 2008. Forskerne placerede moderne prøver af den mest rigelige sauropod-chow fra den mesozoiske - bregner, hestespalter, ginkgoer og nåletræer - i enkle kunstige mave. De inokulerede de falske tarme med mikrober taget fra den del af fårenes fordøjelsessystemer, hvor plantemad oprindeligt blev neddelt. Da planterne gærede, spurgte forskerne, hvor meget ernæring de frigav.

I modsætning til hvad der var antaget, nedbrydes mange af disse planter relativt let i de rå mavemiljøer. Hestesæler og abepuzzler var især nærende. Faktiske dinosaurmager var måske endnu bedre udstyret til at nedbryde disse planter, og der var bestemt nok tilgængelig energi i datidens planter til sauropoder at vokse sig store. Sauropods krævede sandsynligvis ikke ekstraordinær tarmsarkitektur for at overleve.

Et andet vigtigt træk gjorde det muligt for disse titaner at ballone i størrelse. Det er en egenskab, de deler med fugle. Fugle er de direkte efterkommere af små theropod-dinosaurier relateret til arter som Velociraptor og Anchiornis, men de er ikke særlig tæt knyttet til sauropod-dinosaurier; de delte sidst en fælles stamfar for mere end 230 millioner år siden. Alligevel delte både theropod- og sauropod-afstamningen en ejendommelig egenskab, der var ekstremt vigtig i deres udvikling - et netværk af indre luftsække forbundet med lungerne.

De bløde luftsække er ikke blevet set direkte i fossilprotokollen, men strukturerne efterlod en fortællingslomme, hvor de invaderede knogler. Naturalister anerkendte indrykkene for mere end et århundrede siden, men moderne paleontologer er først lige begyndt at forstå deres betydning. Ligesom hos fugle var lungerne på sauropods sandsynligvis forbundet med en række luftsække, og knyttet til disse organer var et netværk af mindre lommer - kaldet diverticula - der infiltrerede knoglerne i dinosaurernes hals, bryst og underliv. Fra et strukturelt synspunkt sænkede dette netværk af luftfyldte strukturer tætheden af ​​sauropod-skeletet og gjorde det muligt for disse dinosaurer at have en relativt let konstruktion til deres størrelse. I stedet for at have ekstra styrke knogler, som det engang var blevet antydet, blev sauropodskeletter gjort lettere af en egenskab, de deler med fugle, og netværket af luftsække havde sandsynligvis også andre fordele.

Hos fugle er luftsække en del af et gennemstrømningsmæssigt vejrtrækningsarrangement, der er langt mere effektivt til at udvinde ilt end pattedyrs luftvejssystem. Vi ved endnu ikke, om sauropoder åndede på samme måde som fugle gjorde - i hvor høj grad deres skeletter blev ændret af luftsække varierede på tværs af arter - men det er sandsynligt, at luftsække fra de gigantiske dinosaurier var bedre udstyret til at levere ilt til deres krop end alternativet set hos kæmpedyr. Fugle har en høj stofskifte, der kræver meget ilt for vedvarende flyvning; På lignende måde ville størrelsen og den aktive levetid på sauropoder kræve en hel del ilt, og luftsæksystemet ville have givet dem vigtige vejrtrækningsfordele.

Ikke alle sauropod-dinosaurier var giganter. Nogle arter - såsom Magyarosaurus fra Rumæniens lag - var små efterkommere af meget større arter. De krympet i størrelse på grund af deres isolering på øer, selvom den nøjagtige årsag til, at sådanne ø-dværge udvikler sig, diskuteres af forskere. Sauropods, der vejer mere end 40 ton, udviklede sig stadig uafhængigt af mindst fire linjer i løbet af denne dinosaurgruppes lange periode, alt takket være en række egenskaber, der gjorde det muligt for stor kropsstørrelse.

Paleontologer undersøger stadig det evolutionære pres, der gjorde sådanne store former fordelagtige. Deres størrelse gav dem en vis beskyttelse mod rovdyr, formodentlig, og deres lange halse lod dem nå mad, som mindre væsener så sultent på, men ikke kunne nå. Hvilke andre fordele gigantstørrelse måtte have givet forbliver uklar. Ikke desto mindre var sauropoder forbløffende væsener, der kun kunne have eksisteret takket være en ejendommelig sammenløb af begivenheder. De var fantastiske former i modsætning til noget, der kom før eller har udviklet sig siden.

Sådan bygger du en kæmpe dinosaur