Sauropod-dinosaurier - de största landdjur genom tiderna - vägde upp till 80-100 ton och nådde 40-50 meter i längd. Sammantaget av alla tillgängliga data utsåg paleontologer fem huvudfaktorer som möjliggjorde utvecklingen av gigantism i sauropods: vägran att tugga mat, snabb reproduktion genom att lägga många små ägg, snabb tillväxt, ett perfekt andningsorgan och en minskning av metabolism i vuxna djur jämfört med unga
Vetenskapsmagasinet publicerade en artikel av paleontologerna Martin Sander från universitetet i Bonn och Marcus Clauss från universitetet i Zürich, där författarna sammanfattar resultaten från år av studier av jätte-sauropoddinosaurier. När det gäller deras massa var dessa djur en storleksordning större än de största land däggdjur, såväl som företrädare för andra grupper av dinosaurier (theropods och ornithischids).
Sauropods dök upp i slutet av triasperioden (för cirka 210 miljoner år sedan). Hittills har paleontologer beskrivit cirka 120 släkter av sauropoder. Dessa växtätande jättar dominerade många markjordiska ekosystem från mitten av jura till slutet av krita, det vill säga i cirka 100 miljoner år - dubbelt så länge som storvuxen för stora växtätande däggdjur. Således var sauropoderna en mycket framgångsrik och blomstrande grupp, inte alls ett "evolutionärt misstag".
Naturligtvis är forskare såväl som allmänheten bekymrade över frågan: varför blev sauropods så enorma?
Det är inte möjligt att förklara sauropods gigantism av några yttre skäl, även om sådana försök har gjorts upprepade gånger. Till exempel försökte de hitta en korrelation mellan den evolutionära dynamiken i storleken på sauropoder och sådana faktorer som koncentrationen av syre och koldioxid i atmosfären, förändringar i klimat, havsnivå och landområde - och i alla fall visade det sig att det inte fanns några betydande korrelationer. Från detta drar författarna slutsatsen att nyckeln till mysteriet med gurantism av sauropods måste sökas i deras biologi.
Diagram som illustrerar förhållandet mellan primitiva och avancerade egenskaper hos de största växtätande djur: däggdjur, sauropoder, ornitiska dinosaurier och moderna reptiler. Från vänster till höger: däggdjur (afrikansk elefant, giraff, fossil noshörning indricotherium), sauropods (Argentinosaurus, Brachiosaurus), ornitiska dinosaurier (Shantungosaurus, Triceratops), jätte-sköldpadda Galapagos. Figur: från den diskuterade artikeln i Science
Kampanjvideo:
Strukturen i tänderna, munnen och halsen i sauropods är ganska mångfaldig, vilket indikerar att de inte hade någon en gång för alla en fast diet (även om de utan tvekan bara åt växtmat). Alla sauropoder har emellertid en primitiv egenskap som skarpt skiljer dem från andra stora fytofager - däggdjur och ornitiska dinosaurier. Sauropods tuggade aldrig mat: deras tänder och käkar var små och helt olämpliga för att tugga. De hade inte för vana att svälja stenar för att med deras hjälp att slipa den svälta vegetationen i magen, som vissa andra dinosaurier och fåglar gjorde. Uppenbarligen kompenserade frånvaron av en tuggasapparat av det faktum att matsmältningskanalen för sauropods, på grund av deras monströsa storlek, var mycket lång, så att även otuggad mat hade tid att smälta i den.
Att undvika att tugga mat gjorde att sauropodhuvudet förblev litet, vilket i sin tur gjorde det möjligt att utveckla en väldigt lång hals, tack vare vilken sauropods enkelt kunde nå livsmedelskällor som var otillgängliga för andra djur. Det antas att den långa halsen också skulle kunna användas för att locka till sig sexpartners; kanske de manliga sauropoderna kämpade med halsen som moderna giraffer. I detta fall borde sexuell selektion ha bidragit till förlängningen av nacken.
Däremot har de flesta stora växtätande däggdjur och dinosaurier från ornithischis utvecklat mycket kraftfulla tänder, käkar och tuggmuskler, vilket resulterat i en dramatisk ökning av huvudstorleken. Detta införde betydande begränsningar för den acceptabla nacklängden.
Stora kroppsstorlekar ger upphov till ett antal fysiologiska problem, varav det viktigaste är problemet med överhettning. Dessutom gör förekomsten av en lång hals det svårt för frisk luft att komma in i lungorna (du måste andas in mycket djupt så att inte bara luften som förblev i den långa vindröret efter föregående utandning kommer in i lungorna). Sauropoderna verkar ha löst båda dessa problem genom att utveckla ett mycket sofistikerat och sofistikerat system av "luftsäckar".
Luftsäckar, troligen, dök upp även i de vanliga förfäderna till alla dinosaurier ödla-liknande, det vill säga sauropods och köttätande theropods, och från den senare ärvdes de av fåglar. Tack vare luftsäckar som är anslutna till lungorna med ett komplext system av rör och ventiler tvingas frisk luft genom lungorna både vid inandning och utandning. Förutom att öka andningen ger luftsäckar effektiv kylning av kroppen. Det faktum att ödla-liknande dinosaurier också hade luftsäcker bevisas av resultaten av att studera deras ben (många luftsäckar tränger in i benen eller lämnar karakteristiska avtryck på dem). För den senaste informationen om luftsäckar i dinosaurier, se en nyligen publicerad artikel: Sereno PC, Martinez RN, Wilson JA, Varricchio DJ, Alcober OA, et al.(2008) Bevis för aviär intratorakala luftsäckar i en ny rovdinosaurie från Argentina // PLoS ONE 3 (9): e3303.
För att den gigantiska storleken skulle vara till verklig nytta för sauropods och att stöds av urval, måste sauropods växa så snabbt som möjligt. Om djuret redan har förlitat sig på gigantism - för att skydda sig mot rovdjur eller för att få tillgång till kronorna på höga träd - är det inte lönsamt att det är litet, och barndomen bör passeras så snart som möjligt. Under tiden måste Sauropods öka sin massa med 100 000 gånger för att nå sin maximala storlek - ett rekordtal för reptiler, för att inte tala om fåglar och däggdjur (en kläckt kalv vägde bara några kilogram och en vuxen, härdad dinosaurie - många tiotals ton). Histologisk analys av sauropodben bekräftar i allmänhet antagandet om snabb tillväxt, även om dessa data inte är helt entydiga. Uppenbarligen nådde sauropoder sexuell mognad under den andra,och den maximala storleken - under det tredje decenniet.
En så snabb tillväxt är möjlig endast under förutsättning av en mycket intensiv ämnesomsättning - samma som hos moderna fåglar och däggdjur. Men om metabolismhastigheten i vuxna sauropoder förblev lika hög, skulle de oundvikligen överhettas, och ingen mängd luftsäckar kunde rädda dem. Dessutom skulle de behöva en helt otänkbar mängd mat. Författarna ser bara en väg ut ur denna motsägelse: tydligen var metabolismhastigheten i sauropods hög hos ungdomar och minskade signifikant med åldern. Tyvärr har paleontologer ännu inte direkt data om metabolismhastigheten för sauropoder.
Alla dinosaurier är kända för att vara oviparösa. Deras ungar föddes små och oskyddade, men det fanns många av dem. Däremot föder stora växtätande däggdjur stora och välskyddade unga, men i mycket litet antal. På grund av detta ökar utvecklingen av gigantism hos däggdjur kraftigt sannolikheten för utrotning av arten: ju större djur, desto mindre producerar det ungar, och desto längre tid tar det att återställa befolkningen efter dess tillfälliga nedgång. Sauropods var inte bundna av denna begränsning: gigantism hos dem ledde inte till en minskning av fertiliteten, och befolkningsstorleken kunde växa mycket snabbt under gynnsamma förhållanden.
Enligt författarna blev således gigantism i sauropods möjlig på grund av en speciell kombination av primitiva och avancerade egenskaper. De primitiva egenskaperna som bidrog till gigantism är oförmågan att tugga mat och lägga ägg; avancerad - snabb tillväxt, perfekt andningssystem och metabolisk hastighet förändras med åldern.