…aneb Zničení krásné hypotézy ošklivým výzkumem
V roce 1997 publikovali paleontologové Nathan P. Myhrvold a Philip J. Currie studii, založenou na výsledcích výzkumu ocasu apatosaura, převedeného do trojrozměrného prostředí počítačovým programem. Mezi jejich nejzajímavější zjištění přitom patřil fantastický údaj 560 m/s (2016 km/h), což měla být maximální rychlost konce ocasu apatosaura při energickém „švihnutí“. Vzhledem k tomu, že se jedná o nadzvukovou rychlost, přišli autoři práce s odvážnou myšlenkou, že apatosauři i další diplodokidi možná záměrně švihali svými ocasy tak, aby jejich konec překonal rychlost zvuku a vyvolal tedy charakteristický aerodynamický třesk, známý například v podobě prásknutí biče. Hlasitost takového „prásknutí“ měla dosahovat až 200 decibelů, což by samo o sobě poskytovalo těmto dinosaurům potenciálně velmi účinný prostředek obrany.[1] Podle zmíněné hypotézy se totiž sauropodi mohli tímto způsobem bránit před dotírajícími dravými teropody (které mohl zvuk vyděsit a odradit od útoku), a také se snad mohli tímto způsobem navzájem dorozumívat. Jednalo se o velmi zajímavou hypotézu, které se chopily také mnohé trikové dinosauří dokumenty posledních dvou desetiletí. Přesně o čtvrt století později, tedy v roce 2022, však byla krásná „nadzvuková“ hypotéza o ocasech diplodokidů takříkajíc zahubena jedním ošklivým faktem – a sice výsledkem dalšího odborného výzkumu, který si vzal na pomoc o mnoho generací novější a výrazně zdokonalenou počítačovou technologii.[2] Nový výsledek ukázal, že skutečnost je úplně jiná, i když i tak je výsledek v podobě rychlosti pohybu konce ocasu poměrně impozantní. A i když ani tento výzkum neříká poslední slovo v dané problematice a v budoucnu mohou být výsledky poněkud pozměněny, nepochybně už se blíží realitě mnohem více než výzkum z roku 1997. Diplodokoidní sauropodi z kladu Flagellicaudata (doslova „s bičovitým ocasem“) jsou charakterističtí právě svými extrémně dlouhými ocasy, obsahujícími až kolem 80 obratlů, které se směrem od pánve ke konci ocasu postupně zmenšují.[3] Ačkoliv ve fosilním záznamu zatím nemáme k dispozici jediný kompletní kosterní exemplář ocasu flagelikaudátního sauropoda, díky množství dochovaných fosilií ocasní části páteře desítek až stovek jedinců lze naši představu o chybějících obratlích snadno doplnit.[4]
———
Apatosaurus byl velmi robustní diplodokidní sauropod, u kterého se počet ocasních obratlů vyšplhal až k enormnímu číslu 82. Není jisté, jak velcí byli staří a odrostlí zástupci tohoto rodu, je ale pravděpodobné, že mohli být dlouzí až kolem 30 metrů a dosahovali hmotnosti přes 30 tun. Kredit: Bricksmashtv; Wikipedia (CC BY 3.0)
———
Myhrvold a Currie v roce 1997 rozdělili digitální ocas apatosaura s celkovým počtem 82 obratlů do 14 segmentů o 5 až 8 obratlích, přičemž na samotný konec ještě doplnili hypotetickou špičku z měkké tkáně, která navýšila délku ocasu zhruba o celý jeden metr. Tento tzv. popper pak měl podle jejich modelu potenciálně překonávat rychlost zvuku, a to velmi výrazně (rychlost zvuku činí přibližně 340 m/s, zatímco „popper“ při maximálním švihu ocasem dosahoval až zmíněných 560 m/s ve standardních podmínkách z hlediska teploty, vlhkosti, tlaku a dalších fyzikálních vlastností vzduchu).[5] Jednou věcí je ovšem představa nadzvukového šlehání ocasem, druhou ale biologická realita, která může podobné matematické vývody rychle poslat ke dnu. Podobnou aktivitou by se totiž mohl zranit a distální část svého ocasu značně mechanicky poškodit i sám apatosaurus. Vlastnosti biologických tkání a zejména pak jejich viskoelasticita (související se schopností tlumit mechanické vibrace), a to například u kůže, totiž poskytují různou míru odolnosti vůči zátěži, související s konečnou pevností v tahu a v tlaku. Co se týká kůže, její maximální hodnoty odolnosti činí asi 17 až 26 MPa, šlachy jsou již odolnější (46 až 70 MPa) a vazy pak nejodolnější (50 až 150 MPa).[6] Protože se nám ale žádné informace o pevnosti kůže dinosaurů ve fosilním záznamu nedochovaly, autoři novější práce zvolili pro své výpočty kůži současných krokodýlů a zanesli ji do svých výpočtů pro maximální možné zatížení konce ocasu druhu Apatosaurus louisae. Jako podklad pro výzkum zvolili pětici fosilních exemplářů apatosaurinních diplodokidů (CM 3018, CM 3378, AMNH FARB 222, FMNH P25112, UW 15556), včetně exempláře, který ve svém výzkumu využili Myhrvold s Curriem.[7] Digitální model ocasu rozdělili podobným způsobem do 14 segmentů a vhodně zvolili umístění meziobratlových plotének, které v jejich modelu navýšily celkovou délku kaudální páteře zhruba o 10 %. Celková délka digitálního sauropodího ocasu pak činila úctyhodných 12,44 metru (což je například délka celého těla tyranosaura) a jeho hmotnost 1446,16 kg. Hmotný střed se přitom nacházel mezi 5. a 6. ocasním obratlem a přidán byl ještě bod u samotného ukotvení ocasu (v křížové části páteře). „Popper“ tentokrát v modelech chyběl, protože jeho existence není dosavadními objevy prokázána a navíc by negativně ovlivňoval rozsah pohybů v novém, podstatně dokonalejším virtuálním modelu.[8]
———
Ocas apatosaurinních diplodokidů byl extrémně dlouhý a na svém konci pravděpodobně i značně flexibilní. Způsob využití této části těla sauropodními dinosaury je stále předmětem vědeckých sporů, je ale možné, že sloužil k více účelům najednou. Kredit: ДиБгд; Wikipedia (volné dílo)
———
Za pomoci softwaru MBDyn, vyvinutého zejména pro účely biomechanických výzkumů, potom byly získány velmi důležité a zajímavé poznatky. Po zadání mnoha dalších údajů, jako je maximální rozsah rotačního pohybu v různých osách, míra flexibility jednotlivých částí ocasu, frekvence pohybů v závislosti na struktuře pojících tkání mezi obratli, velikosti posledního obratle (délka 60 mm, hmotnost 54,2 g), odporu vzduchu apod., mohlo začít samotné testování dinosauřího „švihu“ – poprvé po 151 milionech let.[9] Se zadáním všech potřebných údajů a vytvořením animace vlnění ocasu vykázal pohyb posledního obratle nejvyšší rychlost přesně 1,42 sekundy po zahájení pohybového cyklu. Do hodnoty 340 m/s, potřebných k dosažení rychlosti zvuku, měl apatosauří ocas hodně daleko, nedosahoval totiž ani desetiny potřebné hodnoty. Přesto je údaj 32,7 m/s (117,7 km/h) velmi úctyhodný – při takovém švihnutí půldruhatunovým ocasem o délce autobusu mohl být vážně zraněn například i útočící dvoutunový alosaurus.[10] Autoři studie také spočítali, že ocas, narážející při rychlosti kolem 30 m/s (108 km/h) by působil stejným tlakem jako golfový míček narážející při rychlosti 88 m/s (315 km/h) nebo volejbalový míč, který by se střetl s jiným objektem rychlostí 57 m/s (205 km/h). Ani takový náraz by nestačil na přeražení kostí nebo roztržení pevné kůže, způsobil by ale výraznou bolest (v případě keratinového zakončení ocasu se zaostřenými okraji pak i případnou krvácející ránu náchylnou k infekci). Samozřejmě i samotný konec ocasu by v takovém případě byl vystaven podobnému efektu, stěžejní by proto byla povaha a vnější tvrdost objektu, s nímž se konec ocasu srazil. Ve hře každopádně zůstávají všechny tři hypotézy o způsobu, kterým apatosauři a jejich příbuzní své ocasy přednostně využívali – v první řadě jako prostředek aktivní obrany proti predátorům, dále pro vnitrodruhové souboje (například mezi samci při hypotetických soubojích o samice, dominanci a/nebo teritorium) a konečně i jako prostředek signalizace a komunikace mezi členy stád.[11] Bohužel pro žádnou z těchto hypotetických funkcí nemáme zatím žádné pevné doklady ve fosilním záznamu a ani nemůžeme žádnou z nich s jistotou vyloučit. Jisté už je nyní jen tolik, že nad pozdně jurskými pevninami severní polokoule se žádný nadzvukový třesk od švihajících ocasů rozzuřených sauropodů nikdy neozýval.[12]
———
Kostra apatosaurina z Amerického přírodovědeckého muzea v New Yorku (AMNH 460). Také na tomto slavném kosterním exempláři je dobře patrná relativní robustnost kostry a výrazná délka a ohebnost ocasu. Kredit: ScottRobertAnselmo; Wikipedia (CC BY-SA 3.0)
———
———
Short Summary in English: In 2022, an international research team has used computer models and engineering methods to analyze the mobility and speed of long and flexible sauropod tails. According to their study published in the journal Scientific Reports, they found that the tails of diplodocoid sauropods could move at speeds of almost 33 m/s, or about 118 kilometers per hour. Unlike assumed in 1997, however, their ends did not reach supersonic speeds of over 340 m/s.
———
Odkazy:
https://www.iflscience.com/diplodocids-tails-were-weapons-but-the-sonic-boom-theory-sadly-sunk-66563
https://www.myscience.org/news/2022/sehr_schnell_aber_doch_kein_ueberschall-2022-uni-hamburg
https://www.geol.umd.edu/~tholtz/G104/lectures/104saurop.html
———
[1] Myhrvold, N. P.; Currie, P. J. (1997). Supersonic sauropods? Tail dynamics in the diplodocids. Paleobiology. 23 (4): 393–409.
[2] Conti, S.; et al. (2022). Multibody analysis and soft tissue strength refute supersonic dinosaur tail. Scientific Reports. 12 (1): 19245.
[3] Tschopp, E.; Mateus, O.; Benson, R. B. J. (2015). A specimen-level phylogenetic analysis and taxonomic revision of Diplodocidae (Dinosauria, Sauropoda). PeerJ. 3: e857.
[4] Foster, J. R.; Peterson, J. E. (2016). First report of Apatosaurus (Diplodocidae: Apatosaurinae) from the Cleveland-Lloyd Quarry in the Upper Jurassic Morrison Formation of Utah: Abundance, distribution, paleoecology, and taphonomy of an endemic North American sauropod clade. Palaeoworld. 25 (3): 431–443.
[5] Meinen, C. S.; Watts, D. R. (1997). Further Evidence that the Sound-Speed Algorithm of Del Grosso Is More Accurate Than that of Chen and Millero. Journal of the Acoustical Society of America. 102 (4): 2058–2062.
[6] Ng, B. H.; et al. (2004). Strain rate effect on the failure properties of tendons. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers (Part H Journal of Engineering in Medicine). 218 (3): 203–206.
[7] Upchurch, P.; Tomida, Y.; Barrett, P. M. (2005). A new specimen of Apatosaurus ajax (Sauropoda: Diplodocidae) from the Morrison Formation (Upper Jurassic) of Wyoming, USA. National Science Museum Monographs. 26 (118): 1–156.
[8] Lovelace, D. M. (2014). Developmental Failure of Segmentation in a Caudal Vertebra of Apatosaurus (Sauropoda). The Anatomical Record. 297 (7): 1262–1269.
[9] Turner, C. E.; Peterson, F. (1999). Biostratigraphy of dinosaurs in the Upper Jurassic Morrison Formation of the Western Interior, U.S.A.. In Gillette, D. D. (ed.). Vertebrate Paleontology in Utah. Utah Geological Survey Miscellaneous Publication. pp. 77–114.
[10] Roberto, L.; et al. (2023). Bite and tooth marks on sauropod dinosaurs from the Morrison Formation. PeerJ. 11: e16327.
[11] Baron, M. G. (2021). Tactile tails: a new hypothesis for the function of the elongate tails of diplodocid sauropods. Historical Biology. 33 (10): 2057–2066.
[12] Malone, J. R.; et al. (2021). Jurassic dinosaurs on the move: Gastrolith provenance and long‐distance migration. Terra Nova. 33 (4): 375–382.
———