T-rex jak emu. Nowe badania pokazują, jak biegały dinozaury

Filmy takie, jak “Park Jurajski” ugruntowały wizerunek dinozaurów, zwłaszcza drapieżnych, jako zwinnych i szybkich myśliwych. Skaczące jak lamparty raptory czy potężny T-rex ścigający uciekającego Jeepa robiły wielkie wrażenie - ale naukowcy nie są przekonani, czy prawdziwe zwierzęta były zdolne do takich wyczynów.

Problem z badaniem lokomocyjnych zdolności dinozaurów jest oczywisty. Nikt nigdy nie widział biegnącego apatozaura czy triceratopsa przechadzającego się po sawannie. Musimy więc opierać się na ich kościach, znajomości anatomii innych zwierząt, modelach komputerowych i… podglądaniu tych dinozaurów, które ciągle są wśród nas.

Ptaki - stanowiące jedną z gałęzi wielkiego, dinozaurzego drzewa genealogicznego - wciąż mają się znakomicie. A niektóre z nich, zamiast latać, biegają, jak ich przodkowie sprzed 65 milionów lat. Tylko czy bieg ptaka wygląda tak, jak bieg dinozaura?

Pasha van Bijlert z Uniwersytetu w Utrechcie postanowił zbadać, dlaczego ptaki, takie jak emu (Dromaius novaehollandiae), mają styl biegu różniący się od ludzkiego. Emu potrafią w sprincie pędzić z prędkością do 50 km/h, ale podczas biegu z mniejszymi prędkościami zawsze utrzymują jedną stopę na ziemi. Wcześniej sądzono, że taki sposób biegu wymaga więcej energii niż bieg, podczas którego regularnie w powietrzu znajdują się obie stopy tak, jak u ludzi.

Aby zbadać tę kwestię, naukowcy zbudowali komputerowy model emu i przeprowadzili symulacje fizyczne, mierząc zużycie energii przy różnych stylach biegu i zmiennych anatomicznych ptaka. "To są zmiany, których nie można dokonać w prawdziwym ptaku, ale reprezentują różnice między gatunkami ptaków" wyjaśnia van Bijlert magazynowi “New Scientist”. "Na przykład przepiórki są bardziej pochylone i ich ścięgna prawdopodobnie nie magazynują dużo energii. Emu są stosunkowo wyprostowane, a ich ścięgna magazynują jej bardzo wiele."

Badania wykazały, że dla emu bieg z jedną stopą na ziemi przy umiarkowanych prędkościach jest bardziej efektywny energetycznie. "Jeśli twoje mięśnie są najsilniejsze w bardzo zgiętych pozycjach, a przyjęcie całkowicie wyprostowanej postawy jest niemożliwe, to istnieje zakres prędkości biegu, w którym bieg uziemiony jest najlepszym wyborem" – mówi van Bijlert. Ludzie nie biegają w ten sposób, ponieważ jesteśmy w stanie stać prosto, do czego nie są zdolne biegające ptaki.

Dowody kopalne sugerują, że niektóre dinozaury miały podobną posturę do dużych biegających ptaków. Welociraptory i deinonychy miały stosunkowo cienkie ogony i długie, opierzone przednie kończyny, co przesuwało ich środek ciężkości do przodu i wymuszało bardziej pochyloną postawę, przypominającą postawę emu. "Wyjaśniając lokomocję dinozaurów osobom, które nie spędziły pół życia zastanawiając się nad takimi rzeczami lubię mówić, że najbardziej podobne do dinozaura teropoda byłoby emu z ogonem krokodyla" – dodaje van Bijlert.

Badania nad biomechaniką ruchu dinozaurów są kluczowe dla zrozumienia ich zachowania i ekologii. W przeszłości często przedstawiano dinozaury, takie jak Tyrannosaurus rex, z mocno zgiętymi nogami. Jednak współczesne badania sugerują, że mogły one poruszać się z bardziej wyprostowanymi kończynami, podobnie jak duże współczesne ssaki, takie jak słonie czy nosorożce. Ale jak szybcy byli w takim razie ogromni mięsożercy?

Szacunki prędkości dinozaurów są różne, ponieważ do ich obliczenia stosuje się kilka różnych metod. Dwa podstawowe podejścia do szacowania prędkości dinozaurów to porównanie do zarejestrowanych prędkości współczesnych zwierząt o podobnej wielkości ciała i budowie oraz pomiar odległości między skamieniałymi śladami stóp dinozaurów i wykorzystanie tych odległości do obliczenia szacowanej prędkości. Obecnie nowoczesna technologia komputerowa pozwala naukowcom tworzyć wirtualne kopie zwierząt, dostarczając nowych spostrzeżeń na temat zdolności lokomocyjnych wymarłych organizmów.

Niektóre badania forsują hipotezę „szybkiego” T. rexa, twierdząc, że dinozaur mógł być zdolny do osiągania prędkości ponad 70 km/h. Jednak modele komputerowe sugerują, że by T. rex mógł biegać z taką prędkością, potrzebowałby nieproporcjonalnie dużej masy mięśniowej w nogach, co jest biologicznie niemożliwe. Nowsze badania obliczające siły działające na kości kończyn T. rexa sugerują bardziej umiarkowane tempo około 25 - 40 kilometrów na godzinę. Szybszy bieg złamałby nogi dwunożnego dinozaura. Dla porównania - jamajski sprinter Usain Bolt, rekordzista świata, osiągał nieco poniżej 45 kilometrów na godzinę w biegach na 100 i 200 metrów.

Nowe symulacje komputerowe oparte na ruchu ogona sugerują jednak, że tyranozaury były jeszcze wolniejsze. Chodząc, miałyby osiągać najwyżej 4,5 kilometrów na godzinę. A to oznacza, że uciekłby przed nimi nie tylko Bolt, ale w zasadzie każdy spacerowicz. Średnia prędkość chodu człowieka wynosi od 4,5 do 6 kilometrów na godzinę.

Badania nad lokomocją dinozaurów mają już jednak dość długą historię, i kilka oryginalnych zwrotów. W 2015 r. badacze przeprowadzili eksperyment, w ramach którego naukowcy przyczepili sztuczne ogony do kurczaków, aby zbadać, jak zmieni się ich chód. Chodziło o zrozumienie tego, w jaki sposób obecność ogona wpływa na sposób poruszania się dwunożnych zwierząt.

"Nie mamy dinozaurów, więc to jedno z najlepszych rozwiązań, jakie mamy" – tłumaczy autor badania Jose Iriarte-Diaz, obecnie profesor na Uniwersytecie Illinois w Chicago. . "Ptaki pochodzą od dinozaurów. Jedną z najważniejszych zmian było to, że straciły ogony, co spowodowało przesunięcie środka ciężkości. To interesujące podejście do bardzo trudnego problemu."

Badanie polegało na przymocowaniu modeliny do ogonów 12 kurczaków dwa dni po wykluciu. Ogon zmieniano co pięć dni, aby dostosować się do wzrostu ptaków. Porównując ruch kurczaków z ogonami do tych bez ogonów, naukowcy odkryli, że obecność ogona powodowała bardziej wyprostowaną postawę i ruch zbliżony do tego, jaki mogli mieć dinozaury. Badanie w 2015 r. zostało nagrodzone IgNoblem.