T. rex havde store vækstspring, men andre dinoer voksede langsomt og stabilt

Tyrannosaurus rex var en af ​​de største kødspisende dinosaurer nogensinde - den målte op til 42 fod lang fra tryne til hale og ville have vejet omkring 16, 000 pund. Og det var ikke alene - nogle af dets mindre kendte fætre kunne nå næsten samme størrelse. Det har videnskabsmænd tidligere vist T. rex blev så stor ved at gennemgå en enorm teenage vækstspurt, men de vidste ikke, om det kun var sandt for tyrannosaurer, kun dem og deres nære slægtninge, eller måske alle store tobenede dinosaurer. Ved at skære i dinosaurknogler og analysere vækstlinjerne, et team af forskere fik deres svar: T. rex og dets nærmeste slægtninge havde en akavet teenageår, hvor de blev store, mens dens fjernere fætre i allosauroid-gruppen blev ved med at vokse en lille smule hvert år.

"Vi ønskede at se på en lang række forskellige theropoder, tobenet, kødædende dinosaurer, for at forstå bredere vækst- og udviklingsmønstre i gruppen, " siger Tom Cullen, hovedforfatteren af ​​en ny undersøgelse i Proceedings of the Royal Society B .

Cullen, en videnskabelig tilknyttet Chicago's Field Museum, der arbejdede på undersøgelsen som postdoktor ved Field med museets daværende kurator for dinosaurer, Pete Makovicky, forklarer, "Vi ønskede især at forstå, hvordan nogle af dem blev så store - er vejen T. rex voksede den eneste måde at gøre det på?"

Makovicky, en videnskabelig tilknyttet feltet og professor i geologi ved University of Minnesota og avisens seniorforfatter, siger, "Vi ville også se, om vi fik den samme vækstrekord, da vi prøvede en række forskellige knogler fra det samme skelet. Alle disse spørgsmål om, hvordan theropoder voksede, kunne påvirke vores forståelse af gruppens udvikling." Makovicky udviklede ideen til projektet og opdagede også flere af de dinosaurer, hvis fossiler blev analyseret i undersøgelsen.

Spørgsmålet om, hvordan et dyr bliver stort, er overraskende vanskeligt. Pattedyr som os har en tendens til at gå gennem en periode med ekstrem vækst, når vi er unge, og forbliver derefter i samme størrelse, når vi når voksenalderen. I andre dyregrupper, det er ikke altid tilfældet. "Vækstraten varierer virkelig, der er ingen en størrelse der passer alle, " siger Cullen, som nu er postdoc-forsker ved North Carolina Museum of Natural Sciences. "Fugle har super vækstspurt og når voksen størrelse virkelig hurtigt, mens krybdyr som alligatorer og forskellige firben og slanger har udvidet vækst. Med dem, en virkelig, et rigtig stort individ er nok rigtig gammelt."

Theropod dinosaurer kan lide T. rex er beslægtet med både moderne fugle og krybdyr - faktisk, fugle er de eneste levende teropoder. Forskere vidste ikke, om theropoders vækstmønstre var mere som fugle eller krybdyr, og de forskellige vækstmønstre kan gøre en stor forskel i, hvordan et dyr passer ind i dets økosystem. At blive stor hurtigt kan være en konkurrencefordel – det gør det nemmere for dig at jage andre dyr, og sværere for andre dyr at jage dig. På bagsiden, en vækstspurt kræver en masse energi og ressourcer, og det er nemmere bare at blive lidt større hvert år hele livet. "Mængden af ​​kalorier T. rex ville have brug for under sin vækstspurt ville have været latterligt, " siger Cullen - som en teenagedreng, der spiste dinosaurer i stedet for endeløse poser med bagelbid.

Den centrale kamp i at studere uddøde dyr er, at vi aldrig kan vide præcis, hvordan deres liv var. Da vi ikke direkte kan observere en dinosaur vokse, som du kan et levende dyr i dag, det er svært at vide med sikkerhed, hvordan de voksede. Men der er spor i fossilregistret, der afslører vækstmønstre.

""Inde i knoglerne som et dyr vokser, der er markeringer som træringe, der registrerer nogenlunde, hvor gammelt dyret er, hvor meget det vokser hvert år, og en række andre faktorer, " siger Cullen. For at finde disse vækstringe, Cullen og hans kolleger skåret i fossiler fra snesevis af dinosaurer, fra dem på størrelse med hunde og strudse helt op til SUE the T. rex , en af ​​de største rovdinosaurer, der nogensinde er opdaget. At få adgang til skive- og ternknogler fra en række theropoder var ikke et let forslag, men Cullen og Makovicky nåede ud til kolleger over hele kloden. I særdeleshed, de var i stand til at få prøver fra en ny art af kæmpe carcharodontosaurid fra Argentina som et direkte modspil til T. rex — dette eksemplar blev opdaget og udgravet af Makovicky i samarbejde med hans argentinske kolleger Juan Canale og Sebastian Apesteguía. Forfatterne nåede også ud til kolleger på det palæontologiske museum i Liaoning for at få prøver af små theropoder tæt relateret til fugle for at få den evolutionært brede prøveudtagning, der er nødvendig for at bestemme mønstre i stor skala i livshistorien.

"Det allerførste eksemplar, som Field Museum lod mig prøve, var SUE the T. rex , " siger Cullen. "Det var ret nervepirrende, siden det er så berømt et fossil." Han brugte et borebor med diamantspids til at skære en lille cylinder ud af SUEs lårknogle. Den resulterende prøve var et tværsnit af SUEs knogle, with lines like tree rings showing where new bone had grown year after year. (The missing piece of bone, about the size of a D battery, was then filled in with brown putty—if you go see SUE at the Field Museum and look closely at their left thigh you might see it, but it's hard to spot.)

Tilbage i laboratoriet, Cullen sliced samples of bone so thin that light could pass through them and examined them under a microscope.

"Most animals have a period every year when they stop growing, traditionally suggested to be in times like winter when food is more scarce. It shows up in the bones as a line, like a tree ring, " says Cullen. By analyzing these growth lines and examining the bones for new regions of growth, scientists can get a rough estimate of an animal's age and how much it grew every year. There are also clues in the bone structure.

"You can see all the little areas where the bone cells have grown, and the structure of the blood vessels that passed through the bone, " says Cullen. "These vascular canals tell you roughly how fast the bone was growing. If the canals are more organized, the bone was being laid down more slowly, and if the structure is chaotic, it grew more quickly."

Cullen found that the dinosaurs' growth patterns depended on their family. T. rex and its relatives, the coelurosaurs, showed a period of extreme growth during adolescence, and then they petered out once they reached adulthood. SUE the T. rex lived to be about 33 years old, the oldest T. rex currently known, but reached their adult size by age 20. To reach this massive size, SUE probably gained around 35-45 pounds per week as a teenager. Their more distant cousins, the allosauroids, could reach sizes almost as big as T. rex , but they grew slowly throughout their whole lives, with the oldest individuals reaching the biggest sizes. Among the allosauroids they sampled was the new carcharodontosaur from Argentina. It reached a size close to that of SUE, but didn't reach adult size until its 30s to 40s. It lived to be up to about 50 years old or more, making it the oldest individual theropod on record aside from some birds like parrots. Despite its advanced age, it had only stopped growing 2 or 3 years before becoming part of the fossil record.

The discovery opens up questions about how these predatory dinosaurs interacted with the animals around them. The plant-eating dinosaurs that lived alongside T. rex were ceratopsians like Triceratops and duck-billed hadrosaurs. They grew extremely quickly in adolescence too. The slow-growing allosauroid carnivores lived with big long-necked sauropods that also grew quickly, but appear to have taken a long time to reach full size. Those trends might be related.

"We can't say for sure, but there could be some kind of a selection pressure for the coelurosaurs to grow quickly to keep up with their prey, or pressure for the allosauroids to keep growing in size since their prey were also increasing in size, " says Cullen. "But it's pretty speculative. It could be that even if the sauropods kept growing their whole lives, they had so many offspring that there was always something small to eat."

But while the research hasn't answered all the questions about why dinosaurs like T. rex grew the way they did, Cullen says, "I'm really proud of this work. It's the culmination of many, many years of small projects building towards sort of a central goal of trying to understand growth in these animals and understand the many factors that influence these patterns. This doesn't resolve it, but this is a really big step forward."