Dinosauři s u výživového poradce - Biomechanické limity čeledi Hadrosauridae i kladu Dinosauria

Neptačí dinosauři (Dinosauria) jsou většinou vnímani jako obrovští plazi velikostí přesahující všechny superlativy, které suchozemský život může nabídnout. Byli takto aspoň vnímani většinou společnosti, paleontologické i veřejné, po velkou většinu doby jejich vědeckého poznání, naštěstí dnes chápeme, že je realita zcela jiná a přes svou ohromnou velikost nešlo o projev něčeho jako vývojové nedokonalosti, ale naopak posunutí biomechanických limitů prakticky pro všechny plně suchozemské živočichy. Nesporné je, že největšími zástupci dinosaurů i suchozemských obratlovců obecně byli sauropodi (Sauropoda) dlouzí přes 30 metrů a vážící několik desítek metrických tun, často vyjadřované také jako váha celého stáda vzrostlých slonů afrcikých (Loxodonta africana). Pokud bychom ovšem tyto titány druhohorního světa nebrali v potaz, patrně největšími z neptačích dinosaurů by byli ornitopodi (Ornithopoda) a přesněji vzato čeleď Hadrosauridae. Tito známí zástupci neptačích dinosaurů dorůstali délky mezi 4 až 17 metry a patřili mezi vůbec největší a také nejlépe popsané zástupce skupiny, stručně řečeno jsou držitely mnoha superlativů. Víme, že mezi nimi existovali zástupci o délce přes 15 metrů a nebylo jich poskromnu, nejznámnější z nich je čínský Shantungosaurus giganteus, který mohl představovat největšího suchozemského obratlovce hned po sauropodech. Výskyt podobně obrovských zástupců hadrosauridů je také možná jednou z příčin, proč v ekosystémech bývalé Laurasie nacházíme především je jako hlavní zástupce megafauny a vedle nich výrazně ubylo právě sauropodů. Vedle toho, že známe jejich reprodukční biologii, ontogenezi i behaviorální aktivity, ale v tuto chvíli se jistá vědecká skupina zaměřila na jiný aspekt jejich evoluce a celkového profilu - růstové mechaniky. Poskytla opěrný bod pro to, abychom mohli zhodnotit, jak byli tito tvorové odlišní nejen od současných plazů (Sauropsida), ale dokonce i savců (Mammalia).

Hadrosaurus foulkii je držitelem několika prvenství a patří mezi dnes nedoceněné taxony neptačích dinosaurů, protože se ztrácí na pozadí jeho mnohem slavnějších příbuzných jako jsou rody Edmontosaurus, Parasaurolophus nebo Shantungosaurus. Přesto, tento newjerseyský hadrosaurid je velice zajímavým taxonem a může nám sloužit jako referenční taxon pro hadrosauridy obecně, samozřejmě v menší míře pro více specializované formy, a i v jeho případě budeme moci v budoucnu zkoumat jeho růstovou dynamiku v průběhu jeho ontogeneze. Kredit: Nobu Tamura, převzato z Wikipedie

Dinosauři jsou v ohledu jejich ontogeneze příkladem, že pro existenci velkých živočichů nebo evolučně úspěšných skupin není třeba stejného modelu růstu nebo jednotných metabolických procesů. Přestože šlo v případě všech z nich o tvory teplokrevné (dnes nepřesný název pro homeotermní živočichy) a pravděpodobně i jejich nejbližší evoluční příbuzní měli stejnou úroveň metabolismu, velké druhy si pravděpodobně vyvinuly odlišnou strategii uchování tělesné teploty tkvící v gigantotermii, některé druhy mohly být do jisté míry tzv. mezotermy (nicméně to není dodnes prokazatelné). Zatímco v tomto ohledu byli jako pomyslný jeho vrchol viděni savci či v méně případech současní ptáci (Aves), realita je taková, že právě neptačí dinosauři měli strategie svého růstu jedny z nejúčinějších a nejvíce vývojově pokročilých mezi vyššími obratlovci. Přestože, například jako některé ryby (Euteleostomi), savci nebo obojživelníci (Batrachomorpha), do jisté míry nebyli schopni hibernovat, polární nebo suchomilné druhy ovšem tuto vlasrnost pravděpodobně měly, a růst jako takový byl možná pomalejší než u současných ptáků, je nesporné, že jejich růstové strategie byly úspěšné a platné po dlouhých 170 milionů let a možná ještě déle. Na scénu v tuto chvíli přichází výzkum nového aspektu tohoto procesu, vnitřní struktury kostí.

Dnešní plazi a prakticky veškeří nižší obratlovci jsou známí tím, že jejich není omezen pouze do doby pohlavní dospělosti a poměrně krátce za její hranici, je to jeden z aspektů, které vyčleňují neptačí dinosaury a jejich blízké příbuzné z tohoto kladu živočichů, protože víme, že se u nich růst zastavoval právě nedlouho za dosažením pohlavní dospělosti. U tyranosaurů (Tyrannosaurus rex) z amerického západu například můžeme pozorovat masivní nárůst hmotnosti v tomto kritickém období a při správných podmínkách i vzrůst do maximální možné velikosti, u hadrosauridů se růst ještě zrychlil, aby byli schopni co nejdříve otevřeně čelit právě jim i jiným dravcům.

Následně, mimo jistých uzpůsobení a výhod, které růst do větších velikostí u některých čeledí či větších kladů této skupiny nabízel, byla hlavním "pomocníkem" při růstu do skutečně obrovských rozměrů anatomie těchto živočichů, především ovšem u skupiny sauropodomorfů (Sauropodomorpha). Podle výzkumů a studie publikované koletivem paleontologů a vědců z dalších oborů v magazínu PLoS One ovšem hrála významnou roli ve vzrůstu velkých druhů dinosaurů (přecejen, většina zástupců této skupiny nepřekročila váhu několika stovek až tisíců kilogramů, množství druhů se pohybovali při spodní hranici) morfologie jejich kostí a také částečně růstová mechanika.

Paleontologové, pod vedením hlavního autora Trevora Aguirreho z Coloradské státní univerzity, spolupracovali s dalšími vědci z oborů mechaniky a biomedicínského inženýrství a jejich hlavní cíl byl prozkoumat vnitřní strukturu kostí větších z druhů neptačích dinosaurů, ale ne po histologické stránce. Zajímala je stavba kostí čeledi Hadrosauridae, respektive vnitřní struktura zvaná jako trabecular bone, tj. trabekulární nebo také houbovitá kost. Jde vlastně o typ kosti či přesněji kostní tkáně, která se vyskytuje především na koncích jednotlivých kostí, je porézní a také se podílí na růstu samotné kosti tím, že obklopuje jednotlivé mezery uvnitř kosti. Zároveň je schopna ji odlehčit.

V průběhu ontogeneze se u současných ptáků a savců trabekulární tkáň v kostech zvětšuje s rostoucí velikostí těla, u hadrosauridů i neptačích dinosaurů ovšem tento aspekt nevykazovala. Naopak, s rostoucí velikostí těla a věkem u jednotlivých jedinců se zmenšovala, ale měnila se její hustota, což kosti jako takové velmi odhlečilo. Podle paleontologa Anthonyho Fiorilla, pokud by tomu tak nebylo, hadrosauridi i jiní dinosauři by se pohybovali s velkými obtížemi kvůli zvýšené váze jejich kostí neslučitelné s působením gravitace i čistě pohybových schopností.

Vědecká skupina použila k lepší a hlubší analýze CT skeny a zaměřila se na distální části femuru (spodní části stehenní kosti) a proximální části tibii (horní části holenní kosti) u fosilií neptačích dinosaurů, jako další metody použili ještě matematické výpočty a studium alometrie kostí. Dále, porovnali tyto výsledky s žijícími i vyhynulými velkými živočichy z řad savců, slony indickými (Elephas maximus) nebo mamuty (Mammuthus sp.) a následně se ukázalo, že je to potvrzeno.

U neptačích dinosaurů tedy pravděpodobně docházelo k jevu, který dokázal jejich kosti nejen zpevnit, ale zároveň natolik odlehčit, aby se při růstu nestaly příliš těžkými a znemožnily pohyb živočicha. Trabekulární tkáň u nich evoluční cestou dostala specifický ráz, který korespondoval s tím, jak tato skupina zvětšovala v průběhu evoluce svou velikost. Je pravděpodobné, že její první modifikace započaly a nejvíce se dokázaly rozvinout mezi kladem sauropodomorfů, objevily se zde pravděpodobně v pozdním triasu, a nadále se rozvíjely nezávisle na sobě.

Jinými slovy, studie přinesla poměrně zajímavý pohled na problematiku růstu neptačích dinosaurů do velikostí větších než všichni současní suchozemští živočichové. Ukázala, že je poměrně dobře pravděpodobné, že přinejmenším u dvou dinosauřích kladů se vyvinula tato strategie v důsledku zvětšení své tělesné velikosti. Jak ukazují některé studie, jako ta pod vedením německého paleontologa Martina Sandera z roku 2011 a 2015, sauropodní dinosauři do své velikosti dorostli za pomoci výkonného metabolismu, specializované anatomie i reprodukční biologie, ale je zde poměrně dobře možné, že tato skupina si některé další adaptace pro velký vzrůst vyvinula až následně.

Výzkum je sám osobě zajímavý a klade před nás množství otázek, například, zda si velký obojživelný až převážně akvatický teropod Spinosaurus aegyptiacus udržel tuto strategii nebo se u něj vyvinula odlišná strategie a to zvláště kvůli jeho schopnostem potápět se (kdy se mu zvýšená hustota kostí mohla stát výhodou).

Studie ukázala tedy, že neptačí dinosauři si ve svých ekosystémech mohli vyvinout nové strategie, které jim pomáhaly růst do větších velikostí a měnila se u nich morfologie i anatomie kosterní soustavy. V průběhu ontogenetického vývoje se tyto modifikace uplatnily a ukázaly, že pro růst do větších velikostí i na následný pohyb byly podobné modifikace nezbytné především pro některé ze skupin či čeledí těchto živočichů.