مطالعه استخوان دایناسور نشان می دهد که همه غول ها یکسان رشد نکرده اند

زمانی که دیرینه شناس مایکل دمیک برش به استخوان ماژونگاسوروس، یکی از بستگان Tyrannosaurus رکس که 70 میلیون سال پیش در ماداگاسکار پرسه می زد، او مشکوک بود که ممکن است شگفتی ها در آنها پنهان باشد. اما چیزی که او پیدا کرد همه انتظارات را زیر پا گذاشت.

ماژونگاسوروس بزرگسالان از پوزه تا دم 7 متر اندازه گیری می کردند و می توانستند 1,000 کیلوگرم وزن داشته باشند. دیرینه شناسان تصور می کردند که دایناسورهای بزرگی مانند این گوشتخواران عظیم الجثه از طریق جهش های سریع رشد به قد و قامت خود رسیده اند. اما استخوان های فسیلی داستان متفاوتی را فاش کردند. دامیک گفت: «بر خلاف دایناسورهای گوشتخوار که تا آن زمان مورد مطالعه قرار گرفته بودند، ماژونگاسوروس "واقعاً، واقعاً آهسته" رشد کرد.

او گیج شده، یکی از بستگان نزدیک دایناسور را تکه تکه کرد - الف Ceratosaurus از آمریکای شمالی، که تقریباً طول و وزن آن یکسان بود - تا ببینیم که آیا رشد آن نیز به کندی انجام می شود یا خیر. او گفت این بار «نتیجه معکوس گرفتیم». این دایناسور تقریبا سریعتر از هر دایناسور گوشتخواری که تا به حال دیده ام رشد کرد.

آنچه برای D'Emic دنبال شد، گردباد یک دهه‌ای بود که به استخوان‌ها نگاه می‌کردند تا سرنخ‌هایی از چگونگی رشد دایناسورها پیدا کنند. تجزیه و تحلیل او از 42 گونه دایناسور مختلف، که اخیراً در علم، نشان می دهد که شیوه رشد "سریع بزرگ" کمتر از آنچه محققان فرض می کردند غالب بود.

این بینشی است که محققان فکر می‌کنند ممکن است مربوط به حیوانات امروزی در همه اندازه‌ها باشد و نه فقط به غول‌های ماقبل تاریخ. دامیک، دانشیار زیست شناسی در دانشگاه آدلفی در نیویورک، می گوید: «به همان اندازه آسان است که یک حیوان با رشد آهسته تر برای مدت طولانی تر از رشد سریع تر، اندازه بدن بزرگتر را تکامل دهد.

اینکه یک حیوان سریع‌تر و سریع‌تر رشد می‌کند یا کندتر و طولانی‌تر می‌شود، ممکن است تمایز بدی به نظر برسد. اما مسیر رشد یک حیوان بینش هایی را در مورد زندگی و دنیایی که در آن زندگی می کند ارائه می دهد. حیواناتی که به سرعت رشد می کنند می توانند بر شکارچیان بالقوه غلبه کنند و با گونه های دیگر رقابت کنند، اما آنها به غذا و منابع دیگر نیاز دارند. رشد آهسته خطرناک تر است، اما به حیوان اجازه می دهد در زمان های سخت کمتر زنده بماند. استخوان های ماژونگاسوروسبه عنوان مثال، تأیید کنید که به عنوان شکارچی برتر در اکوسیستم باستانی خود، این تجمل را داشت که با سرعتی آرام توسعه یابد.

درک استراتژی‌های رشد همچنین به توضیح اینکه چرا برخی از دایناسورها بزرگ شدند در حالی که برخی دیگر کوچک ماندند کمک می‌کند. توضیح داده شد که اندازه بدن می تواند بر همه چیز تأثیر بگذارد، از طول عمر حیوان گرفته تا تعداد فرزندانش سانتیاگو هررا آلوارز، زیست شناس تکاملی و دانشجوی دکترا در دانشگاه شیکاگو. او گفت، با این حال، "در کمال تعجب، ما اطلاعات زیادی [درباره] مکانیسم‌های کلیدی رشدی یا ژنتیکی در زمینه تغییرات اندازه بدن در حیوانات نداریم." مطالعاتی مانند D'Emic شروع به باز کردن آن جعبه سیاه کردند.

شکستن استخوان ها

استخوان ها حاوی رازهایی در مورد تاریخچه زندگی یک حیوان هستند. سوراخ هایی که توسط رگ های خونی از بین رفته اند می توانند الف را آشکار کنند میزان متابولیسم موجود. گودی های مینیاتوری در استخوان که در حین بهبودی ایجاد می شوند، اشاره به آن دارند آسیب های ناشی از نبردهای باستانی. خطوط نازک درون یک استخوان - بسیار شبیه حلقه‌های رشد در درخت - می‌توانند سن حیوان را با علامت‌گذاری جایی که رشد استخوان قشر مغز در فصول خشک سالانه یا زمستان متوقف شده است، نشان دهند.

گفت: با استخوان‌ها می‌توانیم رشد دایناسورهایمان را تماشا کنیم پی. مارتین ساندر، دیرینه شناس دانشگاه بن آلمان که بخشی از این تحقیق نبود. تنها راه مناسب برای استنباط یا حتی مشاهده چگونگی رشد آن دایناسور، ریزساختار خود است.

D'Emic برای دریافت پاسخ‌هایی که می‌خواست، به دیرینه‌هیستولوژی - مطالعه بافت‌های فسیلی زیر میکروسکوپ- روی آورد. تکنیک‌های آن تقریباً در دو قرن اخیر تغییر چندانی نکرده است: بریدن استخوان‌های باستانی به کار شدیدی نیاز دارد، معمولاً با تیغه‌ای الماس مانند تیغه‌های جواهرساز. موزه ها ممکن است تمایلی به تحویل فسیل های خود برای چنین تحلیل های مخربی نداشته باشند، اما این در دهه های اخیر شروع به تغییر کرده است. D'Emic گفت: در ازای "آنچه از بسیاری جهات خسته کننده ترین بخش استخوان است ... شما این پنجره شگفت انگیز را به نحوه زندگی حیوان بدست می آورید."

در طی چندین سال، D'Emic و همکارانش بیش از 80 استخوان از 42 گونه تروپود، دایناسورهای دو پا و عمدتاً گوشتخوار را که بین 66 میلیون تا 230 میلیون سال پیش زندگی می کردند و باعث پیدایش پرندگان شدند، تجزیه و تحلیل کردند. در زندگی، اندازه آن دایناسورها از گربه خانگی تا گربه متفاوت بود T. رکس. ویفرهای استخوانی که محققان استخراج کردند، برخی به پهنای یک توپ هاکی، باید به ضخامت یک دهم میلی‌متر ساییده می‌شدند - به اندازه‌ای نازک برای دیدن، اما نه آنقدر نازک برای شکستن. حتی در آن زمان، حلقه‌های رشد آنقدر باریک بودند که نمی‌توان آن‌ها را به‌طور مؤثر با چشم بررسی کرد. دمیک گفت: "شما سعی می کنید چیزهایی را ببینید که یک دهم ضخامت مو هستند." محققان تنها با قرار دادن صدها تصویر در بزرگنمایی های مختلف می توانند اندازه گیری های مورد نیاز خود را بدست آورند.

در هر برش استخوان، محققان به دنبال بزرگترین شکاف بین حلقه‌ها بودند تا سالی را که حیوان بیشترین رشد را داشته است، بیابند. این حداکثر نرخ رشد سالانه با توده بدن دایناسور مقایسه شد که آن ها از اندازه استخوان های ران و ساق پا استنباط کردند. سپس تیم به دقت به روند تکاملی در اندازه در مقابل نرخ رشد در دودمان های مختلف نگاه کرد.

حدود 60 درصد از گونه های تروپود نمونه برداری شده بزرگتر از اجداد خود بودند. اما در میان آنها، تجزیه و تحلیل استخوان D'Emic شکاف تقریباً یکسانی را بین گونه‌هایی که سریع‌تر از اجدادشان رشد می‌کردند و گونه‌هایی که برای مدت طولانی‌تری رشد می‌کردند، نشان داد. استراتژی ترجیحی میزان بزرگتر شدن تروپودها را محدود نمی کرد. به عنوان مثال، برخی از تیرانوسورها، توده بدن خود را بیش از 200 درصد در یک سال افزایش دادند، در حالی که برخی دیگر در نهایت با رشد در طول سالیان بیشتر، به جرم مشابهی دست یافتند.

همین امر در میان 40 درصد از گونه هایی که کوچک شده بودند صادق بود: حدود نیمی از اجداد خود کوچکتر بودند زیرا رشد آنها کندتر بود و نیمی به این دلیل که برای مدت زمان کمتری رشد کردند.

هیچ روند کلی بزرگتر یا کوچکتر شدن دودمان تروپود در طول تکامل آنها وجود نداشت - به استثنای یک استثنا. در اصل و نسب که منجر به پرندگان شد، تجزیه و تحلیل جدید کاهش ثابتی را در حداکثر نرخ رشد سالانه نشان داد. احتمالاً این تمایل به کوچک شدن آنها کمک کرد - تغییری که در نهایت به برخی از تروپودها کمک کرد تا به اندازه کافی کوچک شوند تا بتوانند پرواز کنند.

" تیرانوسور به نوعی است اجداد یک پرندهساندر گفت. "شما باید آن را کوچکتر کنید."

مسیرهای کمترین مقاومت

مطالعات گذشته اغلب نشان داده است که سرعت رشد سریع، کلید اندازه در دایناسورها، پرندگان و پستانداران است. اما تجزیه و تحلیل جدید نشان داد که تروپودها در عوض به همان اندازه احتمال دارد که مدت زمان رشد خود را کنترل کنند - یک استراتژی جایگزین که قبلاً فقط در چند گروه از جمله کروکودیل ها و برخی مارمولک ها شناسایی شده بود.

چیزی که D'Emic و همکارانش در تروپودها یافتند ممکن است در نهایت بیشتر یک قانون باشد تا استثنا. آنها در مقاله خود خاطرنشان کردند که مطالعات قبلی در مورد استراتژی های رشد اغلب به جای مطالعات جامع در مورد دودمان، مقایسه محدودی از چند گونه بوده است.

او گفت: "تصور من این است که وقتی گروه های دیگر از حیوانات مورد مطالعه قرار گیرند، ما همان چیز را پیدا خواهیم کرد." "ما در می یابیم که تکامل فقط مسیر کمترین مقاومت را طی می کند" و از هر راهبردی که ساده ترین است استفاده می کند.

کوین پادیانیک دیرینه شناس در دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، موافق است که تنوع در استراتژی های رشد قابل انتظار است، زیرا نیازها و محدودیت های محیطی برای هر حیوان متفاوت است. او در ایمیلی گفت: "هر گونه کار خودش را انجام می دهد و استراتژی رشد آن منعکس کننده آن است." او افزود، خوب است که پروژه تروپود D'Emic را در سایر گروه های مهره داران تکرار کنیم.

D'Emic به کار خود به عنوان نقطه پرش برای بسیاری از مسیرهای جدید فکر می کند. او اکنون در حال مطالعه پانتودونت ها است، گروهی از پستانداران منقرض شده مانند اسب آبی که بلافاصله پس از انقراض دایناسورها و درست قبل از یک دوره گرم شدن شدید زمین، به سرعت تبدیل به غول پیکر شدند. او گفت که فهمیدن اینکه چگونه تغییرات آب و هوایی بر نرخ رشد و اندازه تأثیر می‌گذارد، می‌تواند پیامدهایی برای حفاظت مدرن داشته باشد.

ساندر به این موضوع علاقه مند است که چگونه این استراتژی های رشد با نرخ متابولیک مرتبط هستند. او گفت: "برای من، این توجیهی برای مطالعه دایناسورها است، نه فقط به این دلیل که آنها خنک و منقرض شده اند، بلکه به این دلیل که این نوع کار دامنه آنچه را که در حیوانات زنده می بینیم گسترش می دهد."