Dinosaurknogleundersøgelse afslører, at ikke alle kæmper voksede ens

Når palæontologen Michael D'Emic skåret ind i knoglerne af Majungasaurus, en pårørende til Tyrannosaurus rex der strejfede rundt på Madagaskar for 70 millioner år siden, havde han mistanke om, at overraskelser kunne gemme sig i dem. Men det, han fandt, trodsede alle forventninger.

Majungasaurus voksne målte op til 7 meter fra snude til hale og kunne veje 1,000 kilo. Palæontologer havde troet, at store dinosaurer som disse massive kødædere opnåede deres statur gennem hurtige vækstspor. Men de fossile knogler afslørede en anden historie. "I modsætning til kødædende dinosaurer, der var blevet undersøgt indtil da," sagde D'Emic, Majungasaurus voksede "virkelig, rigtig langsomt."

Forundret snittede han en nær slægtning til dinosauren - en Ceratosaurus fra Nordamerika, som havde nogenlunde samme længde og vægt - for at se om den også voksede langsomt. Denne gang fik vi det modsatte resultat, sagde han. "Den voksede næsten hurtigere end nogen kødædende dinosaur, jeg nogensinde har set."

Det, der fulgte for D'Emic, var en årtier lang hvirvelvind, hvor man kiggede på knogler for at finde spor til, hvordan dinosaurer voksede. Hans analyse af 42 forskellige dinosaurarter, for nylig offentliggjort i Videnskab, viser, at vækstmåden "bliv hurtigt stor" var mindre fremherskende, end forskere har antaget.

Det er en indsigt, som forskere mener kan være relevant for moderne dyr i alle størrelser og ikke kun for forhistoriske giganter. "Det er lige så nemt for et dyr at udvikle sig større kropsstørrelse ved at vokse langsommere i længere tid, end det vokser hurtigere," sagde D'Emic, lektor i biologi ved Adelphi University i New York.

Hvorvidt et dyr vokser hurtigere og hurtigere eller langsommere og længere kan virke som en kræsen forskel. Men et dyrs vækstbane giver indsigt i dets liv og den verden, det beboede. Hurtigtvoksende dyr kan overmande potentielle rovdyr og udkonkurrere andre arter, men de har brug for masser af mad og andre ressourcer. Det er mere risikabelt at vokse langsomt, men det giver et dyr mulighed for at overleve på mindre i hårde tider. Knoglerne af Majungasaurusbekræfter for eksempel, at det, som det øverste rovdyr i sit gamle økosystem, havde den luksus at udvikle sig i et roligt tempo.

At forstå vækststrategier hjælper også med at forklare, hvorfor nogle dinosaurer blev enorme, mens andre forblev små. Kropsstørrelse kan påvirke alt fra hvor længe et dyr lever til hvor mange afkom det har, forklarede Santiago Herrera Álvarez, en evolutionsbiolog og ph.d.-studerende ved University of Chicago. Men "overraskende nok har vi ikke meget information [om] de vigtigste udviklingsmæssige eller genetiske mekanismer, der ligger til grund for kropsstørrelsesvariation på tværs af dyr," sagde han. Undersøgelser som D'Emics begynder at åbne den sorte boks.

Brækker knogler

Knogler indeholder hemmeligheder om et dyrs livshistorie. Huller efterladt af for længst forsvundne blodkar kan afsløre en væsenets stofskifte. Miniature fordybninger i knogler, der dannes under heling, antyder traumer fra gamle kampe. Tynde linjer inde i en knogle - ligesom vækstringe i et træ - kan indikere et dyrs alder ved at markere, hvor væksten af ​​den kortikale knogle aftog eller stoppede i årlige tørre sæsoner eller vintre.

Med knogler, "kan vi se vores dinosaurer vokse," sagde P. Martin Sander, en palæontolog ved universitetet i Bonn i Tyskland, som ikke var en del af forskningen. "Den eneste anstændige måde at udlede eller endda observere, hvordan den dinosaur voksede, er med sin egen mikrostruktur."

For at få de svar, han ønskede, henvendte D'Emic sig derfor til palæohistologi - studiet af fossilt væv under mikroskopet. Dens teknikker har ikke ændret sig meget i næsten to århundreder: At skære gennem gamle knogler kræver intensivt arbejde, normalt med en diamantklinge som en guldsmed. Museer kan være tilbageholdende med at udlevere deres fossiler til en sådan destruktiv analyse, men det er begyndt at ændre sig i de seneste årtier. Til gengæld for "det der på mange måder er den mest kedelige del af knoglen ... får du dette fantastiske vindue ind i, hvordan dyret levede," sagde D'Emic.

Over flere år analyserede D'Emic og hans kolleger mere end 80 knogler fra 42 arter af theropoder, de tobenede, for det meste kødædende dinosaurer, der levede for mellem 66 millioner og 230 millioner år siden og gav anledning til fugle. I livet varierede disse dinosaurer i størrelse fra huskat til T. rex. De knogleplader, som forskerne udtog, nogle omtrent lige så brede som en hockeypuck, skulle slibes ned til en tykkelse på en tiendedel millimeter - tynde nok til at se igennem, men ikke tynde nok til at knække. Allerede dengang var vækstringene for smalle til at kunne undersøges effektivt med øjet. "Du prøver at se ting, der er en tiendedel af tykkelsen af ​​et hår," sagde D'Emic. Kun ved at overlejre hundredvis af billeder i forskellige forstørrelser kunne forskerne få de mål, de havde brug for.

I hver knogleskive ledte forskerne efter det største hul mellem ringene for at finde det år, hvor dyret voksede mest. Den maksimale årlige vækstrate blev sammenlignet med dinosaurens kropsmasse, som de udledte ud fra størrelsen af ​​lårbens- og skinnebensknoglerne. Derefter så holdet nøje på de evolutionære tendenser i størrelse versus vækstrater inden for forskellige slægter.

Omkring 60 % af de udtagne theropodarter var større end deres forfædre. Men blandt dem afslørede D'Emics knogleanalyse en næsten jævn opdeling mellem arter, der voksede hurtigere end deres forfædre, og arter, der voksede længere. Den foretrukne strategi begrænsede ikke, hvor meget større theropoderne blev. Nogle tyrannosaurer øgede for eksempel deres kropsmasse med mere end 200 % på et enkelt år, mens andre til sidst opnåede en lignende masse ved at vokse over flere år.

Det samme gjaldt blandt de 40 % af arterne, der krympede: Omkring halvdelen var mindre end deres forfædre, fordi de voksede langsommere og halvdelen, fordi de voksede i kortere tid.

Der var ingen generel tendens til, at theropod-slægter blev større eller mindre gennem deres udvikling - med én undtagelse. I den afstamning, der førte til fugle, fandt den nye analyse et konsekvent fald i den maksimale årlige vækstrate. Denne tendens har formentlig bidraget til deres krympning - en ændring, der til sidst hjalp nogle theropoder med at blive små nok til at flyve.

"Et Tyrannosaurus er på en eller anden måde forfædre til en fugl" sagde Sander. "Du skal gøre det mindre."

Mindste modstands veje

Tidligere undersøgelser har ofte antydet, at en hurtig topvæksthastighed er nøglen til størrelse hos dinosaurer, fugle og pattedyr. Men den nye analyse fandt ud af, at theropoder i stedet var lige så tilbøjelige til at kontrollere varigheden af ​​deres vækst - en alternativ strategi, der tidligere kun var identificeret i nogle få grupper, herunder krokodiller og nogle firben.

Hvad D'Emic og hans kolleger fandt hos theropoder, kan i sidste ende vise sig at være mere reglen end undtagelsen. I deres papir bemærkede de, at tidligere undersøgelser af vækststrategier ofte har været begrænsede sammenligninger af nogle få arter snarere end omfattende undersøgelser af afstamninger.

"Min fornemmelse ville være, at når andre grupper af dyr er undersøgt, vil vi finde det samme," sagde han. "Vi vil opdage, at evolutionen bare tager den mindste modstands vej" og bruger den strategi, der er lettest.

Kevin Padian, en palæontolog ved University of California, Berkeley, var enig i, at variation i vækststrategier kan forventes, da behovene og miljømæssige begrænsninger på hvert dyr er forskellige. "Hver art gør sine egne ting, og dens vækststrategi afspejler det," sagde han i en e-mail. Det vil være godt, tilføjede han, at duplikere D'Emics theropod-projekt i andre hvirveldyrgrupper.

D'Emic opfatter sit arbejde som et afsæt for mange nye retninger. Han studerer nu pantodonter, en uddød gruppe af flodhestelignende pattedyr, der hurtigt udviklede sig til at være gigantiske lige efter, at dinosaurerne uddøde og lige før en periode med intens global opvarmning. At finde ud af, hvordan klimaændringer påvirker væksthastighed og størrelse, kan potentielt have konsekvenser for moderne bevaring, sagde han.

Sander er interesseret i, hvordan disse vækststrategier relaterer sig til stofskiftet. "For mig er dette også begrundelsen for at studere dinosaurer, ikke kun fordi de er seje og uddøde, men fordi denne form for arbejde udvider rækkevidden af, hvad vi ser i levende dyr," sagde han.