Jak vyhynul Tyrannosaurus rex

…aneb Ještě jednou ke katastrofě na konci křídy

Jak je obecně známo, obří severoamerický teropod druhu Tyrannosaurus rex byl součástí tzv. Lancijské fauny, v podstatě té úplně poslední dinosauří megafauny na území západu Severní Ameriky. Je tak prakticky jisté, že i tento dravý dinosaurus žil ještě v době, kdy do oblasti budoucího Mexického zálivu dopadla osudová planetka. Tyranosauři tak sdíleli smutný osud dalších svých dinosauřích současníků a v době před 66 miliony let pak mimo jiné uvolnili evoluční cestu savcům.[1] Na rozdíl od drtivé většiny jiných dinosauřích taxonů, žijících v dřívějších dobách druhohorní éry, v případě dinosaurů z doby terminální křídy máme v podstatě jistotu ohledně toho, jak a kdy prakticky všichni vyhynuli. Zůstaňme od nynějška nicméně u slavného dinosauřího taxonu T. rex a zkusme si představit, jak se tato dávná katastrofa odehrávala právě z pohledu tohoto impozantního predátora. Výzkumy sezónně uložených přírůstkových linií v kostech ryb zabitých právě při katastrofě a objevených na lokalitě Tanis v Severní Dakotě dokládají, že k samotnému dopadu došlo v průběhu jara (jak ostatně na základě méně průkazné fosilní evidence tvrdil již Jack Wolfe v roce 1991).[2] Planetka typu uhlíkatý chondrit o průměru přes 10 kilometrů a hmotnosti v řádu bilionů tun dopadla pod ostrým úhlem 45° až 60°, a to nejspíš ve směru od jihozápadu.[3] Jak destruktivní byl účinek této události na postižené organismy, závisí zejména na jejich vzdálenosti od místa dopadu. Pro lepší představu si můžeme tuto vzdálenost od „ground zero“ události K-Pg rozdělit na tři základní oblasti. Do vzdálenosti kolem 500 km od pomyslných okrajů kráteru Chicxulub se nacházela nejbližší zóna, kde byla míra destrukce doslova nepředstavitelná. Celá Yukatánská platforma, můžeme-li tento horninový komplex epikontinentálního moře této oblasti označit, byla prakticky zničena a do značné míry vyzdvižena a katapultována do atmosféry spolu s ohromným množstvím uhlíku a síry. Dalšími projevy byla enormně silná zemětřesení o síle více než 10 stupňů na Richterově škále, vznik masivních cunami o výšce až 1,5 kilometru a „impaktní oblak“ i masivní kužel roztavených vyvrženin, který stoupal desítky až stovky kilometrů vysoko.[4] Stupeň zkázy zde byl prakticky absolutní a nepřežily nejspíš ani exponované extrémofilní mikroorganismy. Následovala by blízká (proximální) zóna, přestavující přibližně vzdálenost od 500 do 1000 kilometrů od okraje kráteru. V této vzdálenosti se stále destruktivně projevovaly vlny cunami, které naprosto zpustošily všechny pobřežní oblasti až hluboko do vnitrozemí, výška vodní hradby i v této vzdálenosti od místa dopadu činila mnoho desítek metrů. Někde v této oblasti také dospěl ke své fyzikální hranici impaktní oblak a expandující kužel roztavených vyvrženin, který i zde ještě dokázal doslova vypařit vše živé na povrchu.

———

———

Ničivá rázová vlna, která zde měla stále energii a rychlost nejsilnějších hurikánů, smetla veškerou vegetaci i nechráněné větší živočichy. K tomu pak ještě musíme připočítat intenzivní teplotní radiaci, dosahující dočasně teplot až kolem 1000 °C. Ani v této vzdálenosti nemohl přežít žádný dinosaurus, který nebyl schovaný například v jeskyni nebo hlubokém údolí. Poslední zónou s výskytem přímých krátkodobých účinků impaktu je přechodná zóna, kterou můžeme vymezit ve vzdálenosti od 1000 do 5000 kilometrů od místa dopadu. Rázová vlna se zde šířila silou hurikánů a i v této vzdálenosti ještě mohla zabíjet termální radiace. Smrtonosná byla také infračervená radiace z impaktních sférulí, vracejících se postupně do nižších vrstev atmosféry.[5] I zde spontánně vzplanou pralesy a shoří převážná většina vegetace, velcí živočichové mohou přežít jen za výjimečně šťastných náhodných podmínek. Rovněž tu působí silná zemětřesení a cunami, která zaplavuje pobřeží v širokém okolí slepých ramen ustupujícího Velkého vnitrozemského moře.[6] Vzdálenější oblasti, tedy všechny oblasti přibližně od vzdálenosti 5000 kilometrů od místa dopadu, už byly zasaženy spíše až druhotnými, dlouhodobými efekty dopadu – především tzv. impaktní zimou, která nejspíš dokonala likvidaci křídových ekosystémů v průběhu několika měsíců až let po dopadu planetky. Jak ale tyto fyzikální efekty dopadu vnímaly tyranosauří populace, obývající Laramidii v období terminální křídy? Dnes předpokládáme, že nejjižnější prokazatelné populace tyranosaurů se vyskytovaly zhruba v oblasti dnešní hranice mezi Texasem a Mexikem, přibližně 1200 kilometrů od epicentra dopadu (s jistotou pak asi 1700 km, což odpovídá pozici Colorada).[7] Zatímco samotné místo dopadu už pro ně bylo skryté pod obzorem, dobře mohli vidět oponu roztavených vyvrženin, stoupající do výšky stovek kilometrů. Dokonce i tyranosauři žijící zhruba 3000 km severně od místa dopadu, jejichž fosilie známe ze sedimentů souvrství Hell Creek, mohli spatřit tento děsivý produkt srážky, na což bylo potřeba, aby dosáhl výšky zhruba přes 250 kilometrů. Většinu fosilií druhu T. rex známe z tzv. přechodné zóny, nacházející se ve vzdálenosti 1000 až 5000 kilometrů, z této oblasti máme také nejvíce sedimentárních dokladů o iridiové vrstvě a dalších indikátorech dopadu. Tyranosauři žili ponejvíce ve vzdálenostech zhruba 1700 až 3500 km od epicentra dopadu, což znamená, že většina z nich nepochybně mohla spatřit a pocítit dopad krátce poté, co se odehrál. Stoupající impaktní oblak byl nejspíš extrémně jasný (možná více než polední Slunce) a mohl tak doslova oslepovat. Poškození očí (které byly u tyranosaura opravdu velké, se zornicí o šířce kolem 2,5 cm a oční bulvou širokou až 12 cm) nebylo to nejhorší, jelikož podle aktuálních odhadů až do vzdálenosti kolem 2400 km od místa impaktu byla zapálena veškerá vegetace a doslova zaživa usmaženi všichni nechránění živočichové.[8]

———

———

Velkou roli zde samozřejmě sehrály i rozměry tyranosaurů, které jim zabránily se efektivně schovat před tepelnou radiací. Jakkoliv je to obtížně přestavitelné, je zcela reálnou variantou, že prakticky celé populace tyranosaurů v počtu kolem 20 tisíc pohlavně dospělých jedinců a možná ještě vyššího počtu mláďat různého stáří mohly být vyhlazeny v řádu pouhých minut až hodin po dopadu. Ačkoliv to může působit jako krajně nepravděpodobné a značně přehnané, ve skutečnosti tomu tak není – pokud byla oblast Laramidie postižena byť jen v nejmenší odhadované míře, pak je eventualita jejich takřka okamžitého konce přinejmenším v jižnějších oblastech jejich geografického rozšíření zcela reálná. Ostatně fyzikální efekty byly ve velké části laramidijského jihu prakticky odpovídající účinkům atomových bomb, rovnoměrně shozených na tamní povrch.[9] Je obtížné si představit, že by jakýkoliv dostatečně nechráněný živočich mohl takovou zkázu přežít. Tyranosauři byli obři několikatunoví živočichové, kteří žili v otevřené krajině a měli jen velmi omezenou možnost se někde ukrýt před intenzivním zářením, které navíc všude kolem nich zapalovalo vegetaci. Zástupci jižněji žijících populací tyranosaurů musely být již v prvních minutách po dopadu přinejmenším těžce popálení a zranění, pokud již nebyli rovnou usmrceni. Přitom se však nejednalo o konec dramatu, ba právě naopak. Po několika minutách se přihnala silná zemětřesení, která rozhoupala i všechny místní vodní sloupce v podobě séší (tak jako na lokalitě Tanis) a vlny, padající stromy nebo další související faktory rovněž znamenaly smrt pro mnoho laramidijských dinosaurů.[10] Zhruba za 10 až 15 minut dorazil do nejbližších ekosystémů obývaných tyranosaury a dalšími jejich dinosauřími současníky okraj oblaku tavenin a horkých plynů spolu s rozžhavenými impaktními sférulemi pršícími v ohromném množství z děsivě červeného nebe. Není jisté, zda tento termální pulz dokázal proměnit veškerou laramidijskou vegetaci v jeden děsivý požár, přinejmenším ale mohl zapálit veškerou suchou biomasu a dosud vlhké lesní porosty „vysušil“, čímž připravil půdu pro jejich pozdější shoření.[11] To přitom mohl rozpoutat například hned další průvodní efekt dopadu – rázovou vlnou hnaný vítr podobající se nejsilnějším známým hurikánům. Zhruba za dvě hodiny po dopadu se do již umírajících ekosystémů souvrství Hell Creek přihnala tato horká a vražedná vichřice, která při rychlosti větru kolem 180 km/h (50 m/s) pomáhala šířit požáry, srážela dosud žijící živočichy k zemi, lámala stromy a přemísťovala ve velkém měřítku organický materiál i zeminu. Dokonce i v nejsevernějších částech výskytu na území jižní Kanady ještě tyranosauři čelili větru o síle přes 100 km/h (27,8 m/s), který dokázal trhat listí ze stromů.[12]

———

———

Můžeme předpokládat, že i když většina v té době žijících jedinců tyranosaura (a samozřejmě i dalších příslušníků lancijské fauny) zahynula – přinejmenším takřka jistě ve vzdálenosti zhruba do 1500 km od místa dopadu – severněji žijící populace mohly být v onen osudný den vyhubeny pouze částečně. Zejména mláďata, která se mohla lépe schovat nebo prostě jen šťastlivci, chránění náhodně velkou místní oblačností, okolními skálami či vysokými údolími apod. – ti měli šanci tuto katastrofu přežít. Výhra to pro ně ale nebyla, jak dobře víme, a to minimálně ze dvou důvodů. Zaprvé, jejich populace byly touto katastrofou natolik početně oslabeny, že se dokonce i v případě dalšího pozitivního průběhu událostí nemusely vzpamatovat. Nejspíš byly již onoho osudného jarního dne odsouzeny k funkčnímu vyhynutí – dříve nebo později by stejně neměly dostatečný počet zdravých mláďat, které by dokázaly početně nahradit předchozí generace. Zkrátka byli tak jako tak odsouzeni k brzkému vyhynutí, a to v řádu jednotek, nanejvýš pak desítek let. Zadruhé, a to je ještě mnohem důležitější, žádný klid a postupné uzdravování ekosystémů se samozřejmě nekonalo. I po odeznění bezprostředních účinků dopadu, po němž nejspíš zbyly jen trosky z původní početnosti tyranosauřích populací (pokud vůbec nějaké zbyly), nastala druhá fáze katastrofy. A ta už musela být naprosto devastující pro všechny případné přeživší. Tomuto období, trvajícímu několik měsíců až několik let, říkáme impaktní zima. Vyvrženiny z místa dopadu se v dalších dnech rozšířily po celé obloze a začaly do značné míry bránit proniknutí slunečního světla nezbytného pro průběh fotosyntézy a zachování potravních řetězců na celé planetě.[13] Chemické složení vyvrženin, obohacené do značné míry sloučeninami s obsahem síry a uhlíku celou situaci ještě zhoršily.[14] Zemský povrch se začal brzy ochlazovat na globální úrovni, a teplota se podle různých studií snížila v rozmezí kritických 10 °C až po naprosto šílených 40 °C.[15] Je možné, že pro teplomilnou faunu se naše planeta stala obyvatelnou prakticky jen v blízkosti rovníku, zatímco již ve středních zeměpisných šířkách nedokázaly přežit ani ty nejodolnější formy obratlovců s většími rozměry. Spolu s tím souvisely také extrémní výkyvy klimatu a srážkové činnosti, zejména pak v podobě škodlivých globálních kyselých dešťů. Ještě závažnějším průvodním jevem pak mohlo být dočasné zničení nebo alespoň výrazné oslabení ozónové vrstvy, což mohlo vystavit případné poslední přežívající velké dinosaury nebezpečnému ultrafialovému záření z kosmu.[16] Tedy jediné, co čekalo případné přeživší tyranosaury v tomto post-apokalyptickém světě, bylo smrtící záření, extrémní mráz, postupný krutý hlad a naprosto zdevastované životní prostředí.

———

———

Ano, mrtvých těl ke konzumaci bylo v okolí bezpočet, ale to řešilo situaci jen z malé části a jen na krátkou dobu. Dříve nesmírně bohaté a ekologicky vzkvétající prostředí Laramidie bylo náhle proměněno v pustinu, která mohla hostit pouze jednoduché potravní řetězce na bázi detritu. Pralesy zmizely, vegetace do značné míry shořela a řeky i jezera byly proměněny v toxické stoky plné mrtvých těl stovek tisíc nebo i milionů zvířat, na hladině často bičované kyselými dešti. V omezeném přísunu slunečního světla se dařilo pouze kapradinám a mykotickým organismům, těžícím z likvidace ostatní vegetace a samozřejmě i přísunu ohromných kvant tlející a hnijící organické hmoty.[17] Pokud v této době ještě nějací tyranosauři vůbec žili, musela to být již jen smutná óda na jejich definitivní zánik. Stali se obřími připomínkami náhle zašlé doby dinosauří slávy, a to ve světě, který již ekologicky nedokázal udržet populaci živočichů těžších než zhruba 5 až 10 kilogramů.[18] Dospělý tyranosaurus byl však takřka přesně tisícinásobně těžší. Mláďata mohla přežít déle než dospělí tyranosauři a snad se dokonce načas specializovala na lov malých savců, praptáků, ještěrek, želv, mloků a dalších drobných obratlovců, ale tyranosauři rostli poměrně rychle a za několik let už stejně potřebovali přísun větší kořisti v podobě vyhynulých dinosaurů, jako byl edmontosaurus nebo triceratops. I jinde ve světě impaktní zima řádila a působila vyhynutí většiny dinosaurů, možná dokonce všech zbývajících (roli dekkánských vulkánů nebo jiných možných spoluúčinkujících příčin nyní pro jednoduchost a srozumitelnost pominu).[19] Nakonec každopádně i případná přeživší mláďata povyrostla a musela čelist neúprosné realitě konečného vyhynutí. Tomu mimochodem napomohl ještě jeden faktor, který jsme dříve neznali – totiž roční období, ve kterém se katastrofa odehrála. Vše nasvědčuje tomu, že se jednalo o pozdní jaro a mnozí dinosauři měli právě období námluv, případně reprodukce nebo dokonce líhnutí mláďat.[20] Vyhynutí by nejspíš nastalo tak jako tak, i kdyby k impaktu došlo v jinou roční dobu – možná by ale probíhalo pomaleji a některé dinosauří populace mimo Laramidii (která byla zdevastována zdaleka nejvíce) by možná dokonce přečkaly i dobu impaktní zimy. O tom však už můžeme pouze spekulovat. Jistě víme jen to, že druh Tyrannosaurus rex se krátce po dopadu planetky do oblasti budoucího Mexického zálivu stal minulostí, skrytou po dobu dalších 66 milionů let. Až v roce 1905 byl tento neoddiskutovatelný „král dravých dinosaurů“ znovu představen celému užaslému světu. Jako první jeho fosilie vynesl na světlo a rozeznal potomek několika vývojových linií malých savců z řádu primátů, kteří měli to štěstí a prokázali odolnost a adaptabilitu, která jim umožnila děsivou katastrofu na rozdíl od mnohem silnějšího a většího tyranosaura překonat.

———

———

Short Summary in English: Tyrannosaurus rex was still present, and almost certainly was affected by the asteroid impact when it hit, and became extinct as a result of the global climate catastrophe caused by the asteroid. We find most fossils of T. rex in the Hell Creek formation, which was too far away to be affected by the immediate effects of the impact (but was severely affected by secondary effects – like expanding ejecta plume, hurricane-force winds etc. – acting tens of minutes or hours after the impact itself). Tyrannosaurids and other dinosaurs were present further south however, where they most likely were killed in this way shortly after the asteroid collided with Earth in what is now Yucatán peninsula.

———

Odkazy:

https://www.geol.umd.edu/~tholtz/G104/lectures/104extinct.html

https://www.lpi.usra.edu/science/kring/Chicxulub/

https://www.nicklongrich.com/blog/the-k-t-mass-extinction

https://ucmp.berkeley.edu/education/events/cowen1b.html

https://www.nhm.ac.uk/discover/how-an-asteroid-caused-extinction-of-dinosaurs.html

———

[1] Bertrand, O. C.; et al. (2022). Brawn before brains in placental mammals after the end-Cretaceous extinction. Science. 376 (6588): 80–85.

[2] Wolfe, J. (1991). Palaeobotanical evidence for a June ‚impact winter‘ at the Cretaceous/Tertiary boundary. Nature. 352 (6334): 420.

[3] Collins, G. S.; et al. (2020). A steeply-inclined trajectory for the Chicxulub impact. Nature Communications. 11 (1): 1480.

[4] Morgan, J. V.; et al. (2022). The Chicxulub impact and its environmental consequences. Nature Reviews Earth & Environment. 3 (5): 338–354.

[5] Robertson, D. S.; et al. (2004). Survival in the first hours of the Cenozoic. Geological Society of America Bulletin. 116 (5–6): 760–768.

[6] DePalma, R. A.; et al. (2019). A seismically induced onshore surge deposit at the KPg boundary, North Dakota. Proceedings of the National Academy of Sciences. 116 (17): 8190–8199.

[7] Marshall, C. R.; et al. (2022). With what precision can the population size of Tyrannosaurus rex be estimated? A reply to Meiri. Frontiers of Biogeography. 14 (2).

[8] Santa Catharina, A.; et al. (2022). Timing and causes of forest fire at the K–Pg boundary. Scientific Reports. 12 (13006).

[9] Kring, D. A. (2007). The Chicxulub impact event and its environmental consequences at the Cretaceous-Tertiary boundary. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 255 (1–2): 4–21.

[10] Robertson, D. S.; et al. (2013). K/Pg extinction: Re-evaluation of the heat/fire hypothesis. Journal of Geophysical Research. 118 (1): 329–336.

[11] Belcher, C. M.; et al. (2015). An experimental assessment of the ignition of forest fuels by the thermal pulse generated by the Cretaceous–Palaeogene impact at Chicxulub. Journal of the Geological Society. 172 (2): 175–185.

[12] Adair, R. K. (2010). Wildfires and animal extinctions at the Cretaceous/Tertiary boundary. American Journal of Physics. 78 (6): 567–573.

[13] Lyons, S. L.; et al. (2020). Organic matter from the Chicxulub crater exacerbated the K–Pg impact winter. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 117 (41): 25327–25334.

[14] Kaiho, K.; et al. (2016). Global climate change driven by soot at the K-Pg boundary as the cause of the mass extinction. Scientific Reports. 6 (1): 28427.

[15] Brugger, J.; Feulner, G.; Petri, S. (2016). Baby, it’s cold outside: Climate model simulations of the effects of the asteroid impact at the end of the Cretaceous. Geophysical Research Letters. 44 (1): 419–427.

[16] Kawaragi, K.; et al. (2009). Direct measurements of chemical composition of shock-induced gases from calcite: an intense global warming after the Chicxulub impact due to the indirect greenhouse effect of carbon monoxide. Earth and Planetary Science Letters. 282 (1–4): 56–64.

[17] Vajda, V.; McLoughlin, S. (2004). Fungal Proliferation at the Cretaceous-Tertiary Boundary. Science. 303 (5663): 1489.

[18] MacLeod, N.; et al. (1997). The Cretaceous–Tertiary biotic transition. Journal of the Geological Society. 154 (2): 265–292.

[19] Callegaro, S.; et al. (2023). Recurring volcanic winters during the latest Cretaceous: Sulfur and fluorine budgets of Deccan Traps lavas. Science Advances. 9 (40): eadg8284.

[20] During, M. A. D.; et al. (2022). The Mesozoic terminated in boreal spring. Nature. 603 (7899): 91–94.

———