Byli dinosauři rozenými sprintery?

…aneb Jak rychle pochodovali obři doby druhohorní

Mezi nejvíce protikladná ztvárnění druhohorních dinosaurů patří jejich uvedení ve filmech typu Cesta do pravěku (1955) a Jurský park (1993). Zatímco v nádherném klasickém snímku z dílny Karla Zemana můžeme obdivovat toporná a těžkopádná stvoření, z nichž ti největší – sauropodní dinosauři – musí žít ve vodě, aby svoji hmotnost vůbec unesli – v americkém snímku Stevena Spielberga pozorujeme ladně se procházejícího obřího brachiosaura a tyranosaura prohánějícího džíp padesátikilometrovou rychlostí. Obě pojetí tak už snad ani nemohla být rozdílnější. Tento zásadní posun v nazírání na dinosaury a jejich fyziologii i lokomoční schopnosti přišel na přelomu 60. a 70. let, kdy nastalo období malé vědecké revoluce, nazývané dnes „dinosauří renesance“. První hypotézy o možné vyšší aktivitě dinosaurů a jejich anatomické podobnosti s ptáky se objevily zásluhou britského přírodovědce Thomase H. Huxleyho (1825 – 1895) a dalších dvou badatelů (Němce Carla Gegenbauera a Američana Edwarda D. Copea) dokonce již v průběhu 19. století, ve své době se však ještě nemohly prosadit.[1] Trvalo však celé další století, než se k těmto otázkám paleontologové detailně vrátili.

———

Tzv. pštrosí dinosauři, neboli ornitomimidi, byli gracilní a štíhle stavění teropodi, kteří evidentně dokázali velmi rychle běhat. Jak rychle konkrétně běželi a jak dlouho svoji maximální rychlost udrželi, to však zůstává otázkou i ve 21. století. Na ilustraci je rekonstrukce pravděpodobného vzezření východoasijského druhu Archaeornithomimus asiaticus, formálně popsaného v roce 1933 z území dnešního Vnitřního Mongolska v Číně. Kredit: Audrey.m.horn; Wikipedie (CC BY-SA 4.0)

———

Jedním z průkopníků v tomto směru byl americký paleontolog z Yale, John H. Ostrom (1928 – 2005). V roce 1969 popsal Ostrom středně velkého dravého dinosaura druhu Deinonychus antirrhopus, objeveného o pět let dříve v jižní Montaně.[2] Již na první pohled vědce zaujala nesmírně lehká a elegantní stavba tohoto raně křídového teropoda z čeledi srpodrápých lovců zvaných dromeosauridi. Deinonychus, v překladu „strašný dráp“, byl skutečně úžasný živý stroj na zabíjení z doby před 110 miliony let. Na délku měřil asi 3,5 metru, dosahoval hmotnosti kolem 80 kilogramů a jeho štíhlé dlouhé kosti dokazují, že byl velmi rychlým a úspěšným lovcem. Ostrom si podobnosti ve stavbě kostry deinonycha, „praptáka“ archeopteryxe a dnešních ptáků ihned povšiml a přiklonil se ke sto let staré teorii o dinosauřím původu ptáků Thomase Huxleyho. Dostupné fosilní důkazy se náhle zdály dostatečně výmluvné. Poměrně rychle pak byly publikovány další teorie o teplokrevnosti dinosaurů, jejich evolučním úspěchu nebo třeba studie, která odhalila asi 120 shodných znaků mezi ptáky a dinosaury. Ostromova myšlenka našla velkou podporu a většinová paleontologická obec se s představou ptáků coby opeřených potomků dinosaurů poměrně rychle sžila. A když už jsme u rychlosti pohybu – fosilní otisky stop, objevené na území Britské Kolumbie a patřící možná deinonychům nebo jejich blízkým příbuzným, paleontologům na základě výpočtů odhalily, že tito dinosauři kráčeli relativně vysokou rychlostí asi 10,1 km/h.[3]

Na Ostroma pak navázal jeho student Robert T. Bakker (nar. 1945), který si povšiml mnoha dalších indikátorů dinosauří teplokrevnosti a vysoké metabolické aktivity (například výskyt v chladných oblastech, odpovídající poměr dravců a býložravců, stopy poukazující na vzpřímené nohy, rychlý růst a složité hnízdní chování apod.).[4] Výsledkem byl moderní pohled na dinosaury, který se zobrazil například i ve zmiňovaném Spielbergově filmu. Otázku dinosauří teplokrevnosti můžeme nyní odložit stranou (většina zřejmě byla „teplokrevná“, i když v trochu jiném smyslu než v případě savců), věnujme se problematice jejich rychlosti. Sprintující tyranosaurus ve filmu byl přímým dědicem hypotéz Bakkera a jeho krajana Gregoryho S. Paula (nar. 1954), kteří přišli v 80. letech s představou, že i tito několikatunoví dravci dokázali běhat rychlostí až kolem 72 km/h![5] V tom případě by tvor o hmotnosti dospělého slona dokázal dohnat závodního koně a dalece překonat nejrychlejší lidské sprintery. Jak ale na tuto záležitost pohlíží současná věda? Skutečně byl ale Tyrannosaurus rex schopen běžet tak rychle?

Nemusíme příliš dlouho mlžit – prakticky všechny novější výzkumy se shodují na tom, že dospělí tyranosauři se nemohli ani zdaleka pohybovat takovou rychlostí. Některé dokonce předpokládají, že tito obří teropodi nedokázali běhat vůbec! Ale hezky popořádku. V roce 1995 publikoval badatel James Farlow a jeho dva kolegové odborný článek, ve kterém dokládá, že pokud by tyranosaurus v plném běhu zakopl a upadl, mohl by se snadno zabít.[6] Na několikatunové tělo už by při pádu z výšky dvou metrů (kde končilo dinosaurovo břicho) působily takové síly, že by mu mohly rozdrtit hrudník. Pokud by jeho pád nezbrzdil měkký substrát nebo bujná nízko rostoucí vegetace, účinky dopadu na organismus by byly drtivé. Síla působící na samotný trup dinosaura (hmotnost kolem 4,5 tuny) při dopadu z výšky 1,5 metru by činila asi 260 000 newtonů a záporné tíhové zrychlení (decelerace) by dosáhlo hodnoty 6 g.  Hlava o hmotnosti až 700 kg by padala z výšky kolem 3,5 metru, což při dopadu představuje působení síly o hodnotě kolem 99 000 newtonů (záporné tíhové zrychlení až 14 g). Tělo i hlava tyranosaura by přitom na suché zemi udělaly po dopadu menší „kráter“ o hloubce asi 20 centimetrů! Farlow sice vycházel z nesmyslných údajů o rychlosti běhu od Bakkera a Paula, i při podstatně nižších rychlostech by nicméně platilo to samé.

———

Tyrannosaurus rex byl několikatunovým dravým obrem, schopným uchvátit kořist o velikosti dnešního slona. Podle posledních zjištění nebyl extrémně rychlým běžcem, dokázal ale efektivně a relativně rychle kráčet na dlouhé vzdálenosti. Zde v expozici Houston Museum of Natural Science spolu s nodosauridem rodu Denversaurus schlessmani. Kredit: Evolutionnumber9; Wikipedie (CC BY-SA 4.0)

———

Zmíněné zjištění samozřejmě ještě nevylučuje možnost, že se občas tyranosauři nedonutili na chvíli zrychlit – například v ohrožení života nebo při lovu kořisti. Jak rychle ale tedy běhali nebo možná spíše chodili? V lednu roku 2016 byla publikována vědecká studie, popisující sérii tyranosauřích stop, objevenou ve Wyomingu. Odrostlé mládě tyranosaura se pohybovalo podle později upravených propočtů rychlostí 8,1 až 12,5 km/h, což přibližně odpovídá rychlé lidské chůzi.[7] Samozřejmě se ale nejednalo o nejrychlejší dosažitelný pohyb dinosaura, protože zde pouze kráčel na bahnitém podkladě. Mimochodem nejvyšší rychlost, odvozená právě z dochovaných stop dinosaura, činí necelých 43 km/h.[8] Ani tento nález nám tedy o maximálních možnostech tyranosauřího sprintu mnoho neprozradil. Vědci proto obrátili své pátrání jiným směrem. Paleontologové Jack Horner a Don Lessem přišli v roce 1993 s tvrzením, že tento dinosaurus nedokázal běhat vůbec (při pohybu neměl nikdy obě nohy v „letové fázi“ nad zemí).[9] O tři roky později pak přišel odborník na tyranosauridy Thomas R. Holtz, Jr. se správným postřehem, že dolní části nohy (nártu a prstů) tyranosaura jsou delší v poměru ke stehenní kosti než u většiny jiných dinosaurů, a že tento znak spíše podporoval schopnost rychlého pohybu.[10] V roce 1998 přišel další vědec Per Christiansen s tvrzením, že kosti nohou tyranosaura nebyly silnější než nohy slona, a že i tyranosauři tedy byli biomechanicky limitováni, v tomto případě rychlostí asi 11 m/s (zhruba 40 km/h).[11] To je stále velmi vysoká rychlost na poměry několikatunového zvířete a prakticky odpovídá rychlosti běhu profesionálních atletů. Stejný údaj ale nepodpořila studie Johna R. Hutchinsona z roku 2002, ve které autor dochází k závěru, že aby velcí tyranosauři mohli běžet rychlostí přes 40 km/h, museli by mít na nohách svaly, které by samy o sobě představovaly 86 % z celkové hmotnosti těla! V rámci svaloviny, kterou měli tyranosauři skutečně k dispozici, pak Hutchinson předpokládá, že maximální rychlost pohybu činila jen asi 18 km/h.[12]

V roce 2007 tyranosaura opět poněkud „zrychlila“ studie britských vědců Paula Manninga a Petera Sellerse, kteří využili počítačového modelu k odhadnutí maximální rychlosti běhu různých dinosaurů. Vyšel jim údaj 8 m/s (28,8 km/h) což odpovídá schopnostem sportovně zdatného člověka.[13] Zatím poslední slovo pak přinesly do této problematiky teorie z let 2010 až 2017, které se věnovaly odhadu velikosti a síly svalů u báze ocasu a pravděpodobné „techniky“ tyranosauřího pohybu.[14] Teorie od Scotta Personse spočívá v tom, že tyranosaurus měl ve skutečnosti velmi silné svaly spojující ocas a zadní část nohy, které mohly výrazně pomáhat při běhu i udržování rovnováhy. Německý paleontolog Heinrich Mallison zase přišel s teorií, že T. rex mohl dosáhnout značné rychlosti pohybu za pomoci krátkých kroků s vysokou frekvencí namísto dlouhých kroků, typických pro většinu rychle běhajících obratlovců. Tomuto způsobu pohybu se začalo přezdívat „power-walking“. Podobný způsob pohybu předpokládá i studie z roku 2017, podle níž tyranosauři vůbec nebyli schopni běhat, ale pouze „kráčeli“ rychlostí kolem 17 km/h.[15] V opačném případě by tlak nevydržely jejich nohy – praskly by jim totiž kosti. Další studie o lokomočních dovednostech teropodů rovněž potvrzuje hypotézu, že tyranosauři byli skvělými „silovými chodci“ – nepohybovali se extrémně rychle, ale dokázali udržet poměrně vysokou rychlost pohybu po velmi dlouhou dobu.[16]

Co tedy konstatovat závěrem? Byl dospělý tyranosaurus spíše sprinterem, rychlo-chodcem nebo jen pomalejším loudalem, který zrychloval pouze výjimečně? V současnosti to stále nevíme, ačkoliv pravděpodobné je alespoň občasné zrychlení přinejmenším na nějakých 23 km/h.[17] Ostatně i téměř stejně těžcí sloni, hroši a nosorožci jsou schopni nakrátko výrazně zrychlit. Byla by vůbec reálná scéna z filmu Jurský park, kde tento dinosaurus dohání džíp? Zřejmě nikoliv. Navíc zde platí známá pravda – tyranosauři nepotřebovali být extrémně rychlí běžci, aby nezemřeli hlady. Úplně totiž stačilo, aby byli aspoň o trochu rychlejší než jejich kořist, což byli poměrně těžkopádní rohatí a kachnozobí dinosauři! A ostatní dinosauři? Rychlost pohybu většiny druhů neznáme, ani nemáme možnost ji s vyšší mírou přesnosti odhadnout. Zajímavý je ale například údaj pro obřího sauropoda argentinosaura, s hmotností přes 80 tun jednoho z největších známých suchozemských tvorů vůbec. Podle jedné nedávno publikované práce dokázal i tento kolos kráčet rychlostí asi 8 km/h, což odpovídá hodně svižné lidské chůzi nebo pomalému kondičnímu běhu.[18] A to není s hmotností několika autobusů rozhodně špatné. Zřejmě nejrychlejšími dinosaury pak byli ornitomimosauři neboli tzv. pštrosí dinosauři – podle anatomické podobnosti se současnými pštrosy jim můžeme přiřknout schopnost vyvinout rychlost v běhu až kolem 60 km/h.[19]

———

Model obřího titanosaurního sauropoda druhu Argentinosaurus huinculensis téměř v životní velikosti. Počítačový model lokomoce tohoto obřího dinosaura ukázal, že se i přes svou osmdesátitunovou hmotnost dokázal pohybovat překvapivě svižně – rychlostí až kolem 8 km/h. Rychlejší ostatně být nemusel – pokud dorostl do plné velikosti, pak pravděpodobně neměl žádného přirozeného nepřítele. Kredit: MathKnight a Zachi Evenor; Wikipedie (CC BY 3.0)

———

Poznámka autora: Aktualizovaný a doplněný článek vychází částečně z textu, který autor sepsal pro magazín 100+1 Zahraniční zajímavost v roce 2017.

———

Short summary in English: We don´t know how fast were non-avian dinosaurs moving, but certain studies revealed that some species were surprisingly agile. While the famous Tyrannosaurus was capable of at over 20 km/h, even more giant Argentinosaurus was able to walk at about 8 km/h, which is still quite fast, given its humongous size.

———

Odkazy:

https://www.nationalgeographic.com/news/2017/07/tyrannosaur-trex-running-speed/

http://westerndigs.org/tyrannosaur-tracks-discovered-in-wyoming-reveal-dinosaurs-speed/

https://www.enchantedlearning.com/subjects/dinosaurs/anatomy/Locomotion.shtml

https://www.ualberta.ca/science/news/2016/january/dino-need-for-speed.html

https://www.telegraph.co.uk/news/science/dinosaurs/10415759/Biggest-dinosaur-could-walk-but-not-run-or-tackle-hills.html

———

[1] Huxley, T. H. (1868). „On the animals which are most nearly intermediate between birds and reptiles“. Annals and Magazine of Natural History. 4th. 2: 66–75.

[2] Ostrom, J. H. (1969). „Osteology of Deinonychus antirrhopus, an unusual theropod from the Lower Cretaceous of Montana“. Peabody Museum of Natural History Bulletin. 30: 1–165.

[3] Kool, R. (1981). „The walking speed of dinosaurs from the Peace River Canyon, British Columbia, Canada“. Canadian Journal of Earth Sciences. 18 (4): 823–825. doi: 10.1139/e81-077

[4] Bakker, R. T. (1968). „The superiority of dinosaurs“. Discovery. 3 (2): 11–22.

[5] Bakker, R. T. (1986). The Dinosaur Heresies. Zebra Books, New York. (str. 218)

[6] Farlow J. O, Smith M. B, Robinson J. M. (1995). Body mass, bone “strength indicator”, and cursorial potential of Tyrannosaurus rex. Journal of Vertebrate Paleontology, 15: 713–725.

[7] Ruiz, J. (2017). „Comments on „A tyrannosaur trackway at Glenrock, Lance Formation (Maastrichtian), Wyoming“ (Smith et al., Cretaceous Research, v. 61, pp. 1–4, 2016)“. Cretaceous Research. 82: 81–82. doi: 10.1016/j.cretres.2017.05.033

[8] Farlow, J. O. (1981). Estimates of dinosaur speeds from a new trackway site in Texas. Nature. 294: 747-748.

[9] Horner, John R.; Lessem, Don (1993). The complete T. rex. New York City: Simon & Schuster. ISBN 0-671-74185-3.

[10] Holtz, Thomas R. (1996). „Phylogenetic taxonomy of the Coelurosauria (Dinosauria; Theropoda)“. Journal of Paleontology. 70 (3): 536–538.

[11] Christiansen, P. (1998). „Strength indicator values of theropod long bones, with comments on limb proportions and cursorial potential“. Gaia. 15: 241–255. ISSN 0871-5424

[12] Hutchinson J. R., Garcia M. (2002). „Tyrannosaurus was not a fast runner“. Nature. 415 (6875): 1018–21. doi:10.1038/4151018a

[13] Sellers, W. I. & Manning, P. L. (2007). „Estimating dinosaur maximum running speeds using evolutionary robotics“. Proc. R. Soc. B. The Royal Society. 274 (1626): 2711–6. doi:10.1098/rspb.2007.0846

[14] Persons, Scott W.; Currie, Philip J. (2011). „The Tail of Tyrannosaurus: Reassessing the Size and Locomotive Importance of the M. caudofemoralis in Non-Avian Theropods“. The Anatomical Record. 294 (1): 119–131. doi:10.1002/ar.21290

[15] William I. Sellers, et al. (2017). Investigating the running abilities of Tyrannosaurus rex using stress-constrained multibody dynamic analysis. PeerJ. doi: 10.7717/peerj.3420

[16] Dececchi, T. A.; Mloszewska, A. M.; Holtz, T. R. Jr.; Habib, M. B.; Larsson, H. C. E. (2020). The fast and the frugal: Divergent locomotory strategies drive limb lengthening in theropod dinosaurs. PLoS ONE 15(5): e0223698. doi: 10.1371/journal.pone.0223698

[17] Molina-Pérez & Larramendi (2016). Récords y curiosidades de los dinosaurios Terópodos y otros dinosauromorfos. Larousse. Barcelona, Spain. str. 176

[18] Sellers, W. I.; Margetts, L.; Coria, R. A. B.; Manning, P. L. (2013). Carrier, D. (ed.). „March of the titans: The locomotor capabilities of sauropod dinosaurs“. PLOS One. 8 (10): e78733. doi: 10.1371/journal.pone.0078733

[19] Thulborn, R. A. (1982). „Speeds and gaits of dinosaurs“. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 38 (3–4): 227–256. doi: 10.1016/0031-0182(82)90005-0

———