Tyrannosaurus rex یکی از شناخته شده ترین دایناسورها است، و خصوصاً به خاطر فک های وحشی آن قابل توجه است.
تیرانوسورهای بزرگسال - از جمله گونه T. rex - از یک روش گاز گرفتن "سوراخ کردن - کشیدن" استفاده می کردند، که در آن آنها قسمت های گوشت و استخوان را گاز می گرفتند و می بلعیدند. اما کاشف به عمل آمد که تیرانوسورهای جوان، فک های عمیق لازم برای گرفتن چنین گازی را نداشتند. فک آنها برای مقابله با فشارهای قابل توجه گاز گرفتن به این طریق مجهز نبود.
در یک مطالعه جدید، همکار من اریک اسنیولی از دانشگاه ایالتی اوکلاهما و من بررسی کردیم که چگونه استراتژی های تغذیه تیرانوسور ممکن است با پیرتر شدن تغییر کرده باشد. با این کار، ما چندین جنبه جالب زیست شناسی T. rex را کشف کردیم.
مهندسی فک
ما در مراحل مختلف رشد از مدل های سه بعدی آرواره های مختلف تیرانوسور استفاده کردیم. ما به اندازه کافی خوشبخت بودیم که یک اسکن سه بعدی از Raptorex - یک تیرانوسور کوچک نوجوان از مغولستان - داشته باشیم که آن را به صورت ایستاده برای یک تی رکس بسیار جوان، تقریباً سه تا شش ساله در هنگام مرگ، استفاده کردیم.ما همچنین از مدل های سه بعدی نوجوان T. rex با نام مستعار "جین" در موزه Burpee در راکفورد، ایلینوی و T. rex بزرگسال با نام مستعار"Sue" ، در موزه فیلد در شیکاگو، ایلینوی، استفاده کردیم.
جهت گیری مغناطیسی لایه های رسوبی زمین نشان دهنده وجود تغییرات متوالی جهت گیری مغناطیسی کره زمین است.این نمونه ها از نظر کامل بودن قابل توجه هستند و همین امر آنها را برای این نوع مطالعات ایده آل می کند. برای پر کردن هرگونه ماده گمشده ای در مدل های سه بعدی خود نیازی به استفاده از حدس و گمان نداشتیم.
ما عضلات مجازی را به فک های تیرانوسور خود اعمال کردیم و از ابزارهای مهندسی برای شبیه سازی گزش تیرانوسور استفاده کردیم. سپس، فشارهایی را که در طی این سناریوهای فرضی تغذیه در فک آنها ایجاد می شد، مطالعه کردیم.
تصویر: اسکلت های چهار تیرانوسور در موزه ها به نمایش گذاشته شده است. چهار نمونه تیرانوسوری آزمایش شد. توسط آندره روو، نویسنده، ارائه شده است.
خوشه های ایریدیوم موجود در گرد و غبار موجود در هوای آن زمان در بیش از 100 مکان در سراسر جهان از آمریکا، آسیا، اروپا، اقیانوسیه، گرفته تا انتهای قطب جنوب پیدا شده است.نوعِ تجزیه و تحلیلی که ما استفاده کردیم – و تجزیه و تحلیل عناصر محدود نامیده می شود - معمولاً در ارزیابی ایمنی ساختارهای جامدی کاربرد دارد که در زندگی روزمره دیده می شود، مانند پل ها و هواپیما. در سال های اخیر، در حیوان شناسی و دیرینه شناسی استفاده از آن برای مطالعه اسکلت حیوانات محبوبیت بیشتری پیدا کرده است.
مطالعه ما دریافت که فک های تیرانوسورهای کوچک به طور کلی فشار کمتری را تجربه می کرد زیرا نیروهای عضلانی آنها در مقایسه با بالغ های بزرگسال تر، نسبتاً ضعیف تر بود. اما آرواره های باریک و نوجوان هنگامی که متناسب با طول فک بزرگسالان تنظیم می شوند، فشارهای بیشتری را تجربه می کنند.
این بدان معنی است که فک پایینِ پهن و عمیقِ تنظیم شده ی یافت شده درT. rex بالغ، تمام کننده گاز قدرتمند آن است. فک های لاغر نوجوانان اگر همان شکل را در بلوغ حفظ می کردند ممکن بود آسیب ببینند.
ما همچنین دریافتیم که یک عضله در پشت فک – ماهیچه بالی - باعث کاهش تنش های فشاری روی استخوان در پشت فک می شد در حالی که تنش های خمشی نزدیک جلوی فک را کاهش می داد.
این تنش های کاهش یافته در قسمت جلوی فک با دندان های بسیار محکم در جلو سازگار است، جایی که ممکن است تیرانوسورها بالاترین نیروهای گاز ضربه ای خود را وارد کرده باشند.
بیش از 99٪ از موجوداتی که تاکنون روی زمین زندگی کرده اند اکنون منقرض شده اند.
تصویر: سه اسکن از فک پایینT. rex_. رنگ های گرم تر فشار بیشتری را در فک پایین نشان می دهند. از بالا به پایین، راپتورکس، T. rex نوجوان و T. rex بزرگ سال. آندره روو، نویسنده، ارائه داده است.
ابزارهایی مانند اسکن و ویرایش سه بعدی برای مطالعه حیوانات و حیوانات منقرض شده فوق العاده است.
یک گاز بزرگ
بر اساس یافته های ما، و تحقیقات قبلی در مورد چابکی تیرانوسور و روش های شکار آن، ما معتقدیم T. rex نوجوان ممکن است در مقایسه با بزرگسالان نقش جداگانه ای در اکوسیستم تیرانوسورها داشته بوده باشد. نوجوانان احتمالاً طعمه های کوچکتر را با گازهای مؤثر تعقیب می کردند، در حالی که بزرگسالان از دایناسورهای بزرگ گیاهخوار مانند Triceratops تغذیه می کردند، همان طور که در فرهنگ عامه این گونه به تصویر کشیده می شود.به این دلیل در باره T. rex دانش گسترده ای داریم که تعداد نسبتاً زیادی از نمونه های تقریباً کامل آنها کشف شده است. برآوردهای اخیر نیروی گاز برای T. rex بزرگسال، تا حد 60،000 نیوتن بوده است - برای مقایسه شایان ذکر است که تمساح های آب شور با 16،000 نیوتن نیرو گاز می گیرند.
در آینده، من می خواهم مواد فسیلی، و به ویژه جمجمه ها و فک های کام اسکن شده را ببینم. ابزارهایی مانند اسکن و ویرایش سه بعدی برای مطالعه حیوانات و حیوانات منقرض شده فوق العاده است.
در حالی که مطالعه ما بر روی دایناسورها متمرکز بوده است، اما از این روش ها می توان برای هر گروه از حیوانات با مواد جمجمه ای کامل استفاده کرد. بسیار دوست داشتنی است که می توان مطالعاتی از این دست را روی سایر مهره داران منقرض شده انجام داد، حیواناتی مانند خزندگان دریایی که در زمان دایناسورها رونق داشتند.
عضلات مجازی را به فک های تیرانوسور خود اعمال کردیم و از ابزارهای مهندسی برای شبیه سازی گزش تیرانوسور استفاده کردیم.
علت انقراض دایناسورها
یک تصادف بزرگ. شاتر استوک / وادیم سادوفسکی
بیش از 99٪ از موجوداتی که تاکنون روی زمین زندگی کرده اند اکنون منقرض شده اند. بیشتر آنها بی سر و صدا از بین رفتند. با این حال، در تاریخ زمین پنج رویداد عمده انقراض جمعی رخ داده است - که به عنوان پنج رویداد بزرگ شناخته می شود - که در طی آن بسیاری از گونه ها به طور همزمان منقرض شدند.
هر یک از این پنج رویداد بزرگ باعث از بین رفتن حداقل 40٪ همه گونه های روی زمین شد. با این حال، انسان ها نسبت به جدیدترین رویداد کینه دارند، که پایان ناگهانی تاریخ 160 میلیون ساله دایناسورها را رقم زد. این انقراض کرتاسه - پالئوژن بود و 66 میلیون سال پیش اتفاق افتاد و در آن زمان حدود 75 درصد از همه گونه های کره زمین را از بین برد. به جز لاک پشت های دریایی و تمساح، هیچ حیوان چهار پایی سنگین تر از 25 کیلوگرم زنده نماند.
برای پر کردن هرگونه ماده گمشده ای در مدل های سه بعدی خود نیازی به استفاده از حدس و گمان نداشتیم.پس از دهه ها بحث داغ، دانشمندان به دو نظریه اصلی در باره آن چه باعث این انقراض شد، رسیدند. اولینِ آنها، احتمال برخورد یک سیارک است که دهانه برخوردی Chicxulub به عرض 180 کیلومتر را در شبه جزیره یوکاتین امروزی در مکزیک ایجاد کرده است. دوم، یک سری فوران در یک منطقه آتشفشانی معروف به تله های دکن در هند است.
چندی پیش، یک تیم بین المللی از دانشمندان با داده های چهار آزمایشگاه مستقل، مطالعه ای را منتشر کردند که ادعا می کند بحث را پایان داده است. آنها می گویند این سیارک به عرض 12 کیلومتر عامل مقصر بوده است.
پرونده ای بسته شد؟
در این مطالعه نمونه های سنگی جمع شده در این دهانه که اکنون زیر آب است مورد بررسی قرار گرفت. آنها یک لایه گل زمینی مخلوط شده با "گرد و غبار فضایی" حاوی عنصر ایریدیوم را یافتند که در غلظت های بالا در شهاب سنگ ها یافت می شود اما در پوسته زمین نادر است. این لایه در دهانه برخورد چهار برابر ضخیم تر از مناطق اطراف آن بود.این تیم یک لایه رسوبی 5 سانتی متری بلافاصله در زیر سنگ آهک از اولین پالئوژن پیدا کرد، که دوره ای از دوره های زمین شناسی است که بلافاصله پس از انقراض آغاز شد. این لایه نازک رسوب دارای غلظت ایریدیوم یک قسمت در میلیارد است، در مقایسه با 0.04 قسمت در میلیارد پوسته زمین.
ما در مراحل مختلف رشد از مدل های سه بعدی آرواره های مختلف تیرانوسور استفاده کردیم. ما به اندازه کافی خوشبخت بودیم که یک اسکن سه بعدی از Raptorex - یک تیرانوسور کوچک نوجوان از مغولستان - داشته باشیم.
تصویر: نقشه ای که دهانه Chicxulub را در شبه جزیره یوکات نشان می دهد. دهانه برخورد. دانشگاه تگزاس در آستین / دانشکده علوم زمین جکسون / نقشه های گوگل، نویسنده ارائه داده است.
تصور می شود که این سیارک با سرعت 20 کیلومتر در ثانیه به زمین برخورد کرده است، 50 برابر بیشتر از سرعت صوت در هوا. و نه تنها باعث نابودی محیط اطراف شد، بلکه ابری از سنگ بخار شده و گرد و غبار میکروسکوپی با سطح بالایی از ایریدیم را که به سراسر زمین سفر می کرد، به هوا فرستاد. پوشش پتو مانندِ این ابر جهانی مانع از تابش نور خورشید شده، و سطح زمین را برای چندین دهه تا 10 درجه سانتیگراد خنک می کند و "زمستان ناشی از تصادف" جهانی را بر می انگیزاند. رژیم سرد و تاریک با خاموشی فتوسنتز در مقیاس بزرگ، ایجاد اختلال در شبکه های غذایی در سراسر جهان و فروپاشی اکوسیستم ها را به دنبال داشت.
خوشه های ایریدیوم موجود در گرد و غبار موجود در هوای آن زمان در بیش از 100 مکان در سراسر جهان از آمریکا، آسیا، اروپا، اقیانوسیه، گرفته تا انتهای قطب جنوب پیدا شده است. این ها اولین بار در یافته های دهه 1980 شناسایی شدند.
مطالعات اولیه به اجماع جهانی نرسیدند، زیرا شواهد نمی توانست غلظت های بالای ایریدیم را با دهانه Chicxulub پیوند دهد. اما این مطالعه جدید این پیوند مهم را فراهم می کند و محدودیت زمانی مهمی را نیز در نظر می گیرد. گرد و غبار باید در طی چند دهه - کمتر از 20 سال - پس از برخورد، رسوب کرده باشد.
آخر الزمان دایناسورها
اگر چه طبیعت ناگهانی این انقراض با تغییرات مشاهده شده در پرونده های فسیلی پشتیبانی می شود، اما رکورد ارگانیسم های میکروسکوپی در عوض به سمت یک تغییر بلند مدت است. این استدلال به نفع انقراض آتشفشانی است، با یک سری فوران در طی ده ها هزار سال.فوران های گسترده و طولانی آتشفشانی با سایر حوادث انقراضی ناشی از آتشفشان مرتبط بوده است - مانند فوران دام های سیبری، که انقراض در پایان دوره پرمین را رقم زد. با این حال، واقعه انقراض دایناسورها، نمی توانسته فقط به دلیل آتشفشان ها بوده باشد.
تصویر: نقاشی T-rex که به یک دایناسور کوچک در حال پرواز در یک جنگل نگاه می کند.66 میلیون سال پیش تمام دایناسورهای غیر پرنده از بین رفته اند. Willgard Krause / Pixabay ، نویسنده ارائه داده است.
دام های دکن بیش از ده میلیون کیلومتر مکعب مواد و گاز آزاد کردند که باعث گرم شدن کره زمین در دراز مدت بین 2 تا 4 درجه سانتیگراد، 150 تا 300 هزار سال قبل از انقراض، درست قبل از ضربه سیارک شد.
فوران دام های دکن چندین میلیون سال به طول انجامید، و مدت ها قبل از برخورد سیارک آغاز شد. در حقیقت، مرحله اصلی آتشفشانیDeccan Traps ، حدود 66 میلیون سال پیش، ممکن است توسط اثر Chicxulub ایجاد شده باشد.
افزایش مواد مغذی به اقیانوس ها منجر به شکوفایی پلانکتونی و سطح اکسیژن پایین در اقیانوس ها شد، اما هنوز اقیانوس ها عاری از اکسیژن نشده بودند. آتشفشانی دکن ممکن است باعث ایجاد استرس زیستی شده باشد اما این علت از بین رفتن کامل موجودات نیست.
دایناسورها ممکن است آخر الزمان خود را در یک مشکل مضاعف همزمان یک ترکیب آتشفشانی – سیارکی، یا یک ضربه غول پیکر منفرد به دست آورده باشند. در هر صورت، در این میان، سیارک بزرگ نقشی اساسی داشته است. این مطالعه جدید شواهد گم شده ای را پیدا کرده است که می تواند انقراض دایناسورها را با اثر شیکسولاب (Chicxulub) مرتبط کند، و این اتفاق در یک چشم به هم زدنِ زمین شناسی رخ داده است.
در تئوری دیگری برای بیان علت انقراض دایناسورها، به تغییرات متوالی چرخش زمین به دور محور خودش در طول دوره های زمین شناسی استناد می شود. جهت گیری مغناطیسی لایه های رسوبی زمین نشان دهنده وجود تغییرات متوالی جهت گیری مغناطیسی کره زمین است. از طرفی بنا بر یک نظریه فیزیکی جهت گیری مغناطیسی زمین (و نیز دیگر سیارات) به دلیل جهت گردش زمین (یا سیاره) به دور محورش می باشد. پس وجودِ ثابت شده تغییرات متناوب جهت گیری میدان مغناطیسی زمین گویای تغییرات متناوب در جهت گردش زمین به دور خودش است. این امر به وضوح به معنای تغییرات متناوب در طول روز و شب در زمین بوده است. می توان تصور کرد که در بازه طولانی مدتی از این تغییر جهت گردش، زمین در چیزی مشابه وضعیت فعلی ماه یا برخی سیارات، بدون حرکت به دور محورش بوده است و در نتیجه روزهای دائمی (یا شب های دائمی) را تجربه می کرده است که این امر می توانسته باعث انقراض تدریجی گونه ها و از جمله دایناسورها شده باشد.
منبع: آندره روو، University of Bristol، کوینی هوی شان چان، Royal Holloway University of London
