środa, 16 listopada 2011

O tym, jak szybki był tyranozaur

Odwołania do pop-kultury w nauce są ostatnio trendy, więc i ja powtórzę wyświechtane już pytanie: Pamiętacie Park jurajski? Jeśli nie mieliście siły śledzić losów bohaterów tego klasyka fantastyki naukowej, to przypomnę, że bohaterowie przez większość filmu uciekali przed dinozaurami. Najbardziej we znaki dawał im się Tyrannosaurus rex czyli popularny T-rex. W ten sposób obraz śmigającego T-rexa wrył się w pamięć pokolenia wychowanego na filmie Spielberga. Do kwestii sprawności T-rexa odnoszono się wielokrotnie, sugerując, że jednak nie był to zbyt szybki teropod. Nie musiał biegać, bo żywił się głównie padliną, na co wskazuje budowa jego czaszki.
Ostatnio raz jeszcze powrócono do kwestii przemieszczania się tyranozaura wykorzystując analogie do poruszania się współczesnych ssaków i ptaków nielotów. Analogia też już wyświechtana, ale tym razem z nowym spojrzeniem.


Punktem wyjścia do rozważań o tempie poruszania się tyranozaura, było dość oczywiste założenie, że im większe tempo tym dłuższy krok zwierzęcia. Kalkulowano więc tempo poruszania się T-rexa na podstawie skamieniałych tropów. W latach 70-tych R. McNeill Alexander opracował nawet zależność na podstawie której można było wyliczyć prędkość teropoda (drapieżnego dinozaura) (Alexander, 1976):
v = 0.25*g0.5*DK1.67*b-1.17
Zależność geometryczna długości kroku
i wysokości bioder (Thulborn, 1989)
gdzie: v - prędkość poruszania się ptaka nielota (np. strusia); g - przyspieszenie ziemskie; DK - długość kroku mierzona pomiędzy odciskami tej samej stopy; b - wysokość bioder.

W przypadku dinozaurów wysokość bioder można było określić na podstawie wielkości odcisku stopy. Alexander wyliczył, że średnio wysokość bioder u teropodów wynosiła 4 długości stopy.
Na podstawie powyższej zależności można także było stwierdzić, czy zwierzak stąpał, truchtał czy biegł. Ważny był stosunek długości kroku do wysokości bioder czyli DK/b.  Odpowiednio DK/b <= 2.0 oznaczało chód, 2.0 < DK/b < 2.9 trucht, a DK/b => 2.9 bieg (Thulborn, 1984).
Później wprowadzono pewne modyfikacje proporcji długości odcisku stopy (OS) do wysokości bioder (b), w zależności od ogólnej budowy dinozaura (Thulborn, 1990). Odciski stopy (OS) podzielono na dwie grupy, odpowiednio, krótsze i dłuższe od 25 cm i podano dla nich przelicznik wysokości biodra (b):

OS < 0.25m
małe teropody
małe ornitopody
ogólnie, małe dwunożne dinozaury

b=4.5 x OS
b=4.8 x OS
b=4.6 x OS
OS > 0.25m
duże teropody
duże ornitopody
ogólnie, duże dwunożne dinozaury

b=4.9 x OS
b=5.9 x OS
b=5.7 x OS

Więcej problemów stwarzały duże, roślinożerne, czworonożne dinozaury (zauropody) i dla nich przelicznik wysokości biodra nie był tak oczywisty. Sugerowano przelicznik w stosunku do szerokości odcisku stopy. Ogólnie Thulborn (1990) zaproponował mnożnik ok. 6 długości odcisku stopy dla wysokości biodra zauropoda.
Ponieważ zauropody nastręczają zbyt wielu problemów, no i nie są krwiożerczymi bestiami, zostawmy kwestię ich poruszania się na boku. Wróćmy do naszego T-rexa.

Z powyższych rozważań wynika, że wyliczenie prędkości poruszania się T-rexa nie było zbyt skomplikowane. Wystarczyło postarać się o dobrze zachowane tropy tego gada, pomierzyć, wstawić do wzoru i gotowe.

Rekonstrukcja brachiozaura (cv.tu-berlin.de)

Problem w tym, że budowa i rozmieszczenie kończyn wymarłych teropodów odbiega znacznie od współczesnych analogii. Zatem przełożenie chodu czy też biegu współczesnych zwierząt na wymarłe teropody niekoniecznie prowadzi do prawdziwych rezultatów.
Aby rozwikłać problem, przeprowadzono dokładną analizę kształtu, rozmieszczenia i ciężaru mięśni kończyn dinozaurów. Na podstawie tych danych  przy pomocy oprogramowania inżynierskiego (patrz Mallison, 2009) stworzono model kroczącego dinozaura uwzględniający przemieszczanie się masy zwierzęcia po powierzchni Ziemi. Analiza komputerowa wykazała, że długość kroku uzależniona była od konstrukcji szkieletu. Ponadto, dinozaury w porównaniu np. ze współczesnymi ssaki, miały o wiele większe mięśnie pośladków, które znaczenie wpływały na ich sposób poruszania. Efekt wszystkich przemyśleń nad modelem skłonił naukowców do wniosku, że zależność Alexandra (1976) nie jest spełniona w przypadku dinozaurów (Mallison, 2011; za Kaplan, 2011).

Jak zatem poruszał się tyranozaur? U ssaków i nielotów najszybszą formą poruszania się jest bieg. Zwierzę wydłuża wtedy swój krok i w pewnej fazie ruchu występuje etap całkowitego oderwania się od ziemi. Tyranozaur nie miał tej fazy, nie odrywał się od ziemi, więc nie biegł.

Zamiast tego szybko chodził. Pomagały mu w tym silne mięśnie pośladków. Jeśli macie kłopoty ze zrozumieniem na czym polegało to szybkie chodzenie, przypomnijcie sobie Roberta Korzeniowskiego i chodziarstwo.
To taki dziwny sport, gdzie nie wolno oderwać się od ziemi, przynajmniej jedna stopa musi mieć kontakt z podłożem. Ile się przy tym trzeba napracować pośladkami to widać podczas zawodów, kiedy zawodnicy w pląsach choroby św. Wita zasuwają w stronę mety.

Takim chodziarzem był Tyrannosaurus rex.

Warto uzmysłowić sobie także, że w przypadku chodu nie długość kroku ma znaczenie, ale częstotliwość jego występowania. Nie można zatem oszacować tempa przemieszczania się zwierzęcia na podstawie tropów, jeśli nie wie się, jak często stawiały kroki. A tego wzór Alexandra nie uwzględnia.


Źródła:
1. Alexander, R.M. (1976). Estimates of speeds of dinosaurs Nature 261: 129-130.

2. Kaplan, M. (2011). Tyrannosaurs were power-walkers Nature DOI: 10.1038/news.2011.631
3. Mallison, H., Hohloch, A., & Pfretzschner, H.-U. (2009). Mechanical Digitizing for Paleontology - New and Improved Techniques Palaeontologia Electronica 12 (2-4T): 41 http://palaeo-electronica.org/2009_2/185/index.html
4. Mallison, H. (2011). Journal of Vertebrate Paleontology 31 (S150).
5. Thulborn, R.A. (1984). Prefered gaits of bipdeal dinosaurs. Alcheringa 8: 243-252.
6. Thulborn, R.A. (1989). The Gaits of dinosaurs. [W:] Dinosaur Tracks and Traces (Ed. D.D.Gillette & M.G.Lockley), str. 39-50. Cambridge University Press, Cambridge.

7. Thulborn, T. (1990). Dinosaur tracks. str. 410. Chapman and Hall, New York  
8. Dinosaur Speed Calculator http://www.sorbygeology.group.shef.ac.uk/DINOC01/dinocal1.html 
9. Rekonstrukcje 3D dinozaurów http://www.cv.tu-berlin.de/menue/abgeschlossene_projekte/3d_rekonstruktion_von_dinosauriern/fruehere_arbeiten/brachiosaurus_brancai/ 
10. Fot. w nagłówku: Deutsche Post AG Public Domain 

7 komentarze:

Hmm, z tymi symulacjami to bywa różnie. Dam tylko trzy klasyczne przykłady:

1/W czasie wojny w Wietnamie dowodzący Amerykanami gen Westmoreland przedstawił 5 różnych symulacji przebiegu wojny i ze wszystkich wynikało, że Amerykanie zaraz wygrają a Viet-Cong właściwie już nie istnieje.

2/Istnieje symulacja komputerowa katastrofy w Gibraltarze, sporządzona przez profesora-specjalistę, która jednoznacznie odrzuca możliwość niekontrolowanego "twardego" uderzenia o wodę, zatem wyklucza powstanie poważnych urazów wśród pasażerów.

3/I oczywiście sprawa "Zamachu Smoleńskiego" - istnieje ileśtam ekspertyz i symulacji profesorów, fachowców i innych znawców przedmiotu, którzy stanowczo twierdzą, iż brzoza nie mogła oderwać skrzydła a Tupolew nie mógł się rozpaść po uderzeniu w błoto. Ponieważ jednak to zrobił - musiał zostać zniszczony przez czynniki zewnętrzne.

Prowadząc symulacje nie znamy przecież wszystkich czynników wpływających na badany układ, można coś przeoczyć i klops.

Należałoby jeszcze uwzględnić parametry stawów biodrowych i przeciążenia działające na stawy skokowe T-rexa. Z rekonstrukcji wynika, że miał stosunkowo "chude nóżki" w dolnej ich partii, co przy masie ciała i szczerej chęci skakania mogłoby się nie najlepiej skończyć.
Osobiście nie skupiałbym się na masywnych pośladkach Tyrka, ale na obciążeniach przenoszonych na stawy skokowe (?) przy podskokach, zeskokach, biegu i chodzeniu. To w nich i tym "ile mogły wytrzymać" tkwi sekret poruszania się teropoda.

Dzieki za uwagi. Przyznam, że nie czytałem artykułu Mallisona, bo nie mam dostepu do Journal of Vertebrate Paleontology on-line, a nie chciało mi się biegac po bibliotekach za nim :) Korzystałem z opracowania w Nature (Kaplan, 2011).
Byc może coś tam jeszcze wymyslono oprocz pośladków. W kazdym razie, bardzo mi sie spodobala wizja T-rexa chodziarza.

Niedawno o umięśnieniu kończyn tylnych tyranozaura pisali Hutchinson i in. (http://dx.plos.org/10.1371/journal.pone.0026037) - co prawda, jeśli dobrze pamiętam, nie "przeliczali" tego na prędkość, ale wiadomo, że jedno ma wpływ na drugie.

Dzięki za link. Przejrzalem artykuł i też nie zauważyłem wzmianki o prędkości jaką mógł rozwinąć tyranozaur. Potwierdzili natomiast, że miał bardzo umiesnione uda, tak jak współczesne strusie, a może jeszcze bardziej. Byłyby to więc najbardziej umięsnione uda jakie kiedykolowiek pojawiły się na Ziemi.

Szkoda,że nie mam takiej wiedzy o udach i posladkach T- rexa , chętnie bym z Wami podyskutowała :) W kazdym razie bardzo przyjemnie czyta mi się Mariusz Twoje artykuły a równie interesujace są ciekawe komentarze. BARDZO INTERESUJĄCE !

Teraz już wiesz tyle o udach i pośladkach T-rexa co ja :)

Prześlij komentarz

Szanowni Czytelnicy!
Zachęcam Was gorąco do komentowania wpisów na blogu i jednocześnie zachęcam równie gorąco do korzystania z tagów HTML, szczególnie przy wklejaniu linków do stron internetowych.

Oto kilka przykładów tagów HTML obsługiwanych przez bloggera:
link - a href=
wytłuszczenie - b
kursywa - i