7 دقیقه
مقدمه: اسطوره در برابر بیومکانیک
در فرهنگ عامه، بزرگ‌ترین دایناسورهای گوشتخوار اغلب به‌عنوان غول‌های شکست‌ناپذیر و مشابهی نشان داده می‌شوند که با یک گاز قدرتمند استخوانها را خرد می‌کنند. نبرد سینمایی معروف بین اسپینوسور و تیرانوسور رکس نیز بر این تصویر دامن زده است. اما مطالعات بیومکانیکی جدید نشان میدهد که فقط توده بدنی زیاد، تضمینکننده قدرت گاز گرفتن و خرد کردن استخوان نبوده است. پژوهش و تحلیل سهبعدی ۱۸ جمجمه تروپودهای بزرگ نشان میدهد که هر کدام از این شکارچیان عظیم، استراتژی غذایی متفاوتی داشته‌اند و ساختار جمجمهٔ تیرانوسور رکس برای قدرت بسیار بهینه‌سازی شده بود؛ امری که در بسیاری دیگر از تروپودهای غول‌آسا به این وضوح دیده نمی‌شود.
پیش‌زمینه علمی و اهداف پژوهش
پالئوبیولوژیست‌ها مدت‌ها فرض میکردند که دایناسورهای تروپود بزرگ، شگردهای شکارگری کمابیش مشابهی دارند؛ چراکه اندازه بزرگ آنها توانایی روبه‌رو شدن با طعمه‌های عظیم را نشان می‌داد. تیرانوسوریدهایی مانند تی‌رکس، به دلیل کشف جمجمه‌های تقریباً کامل و شواهد مستقیم تغذیه، از شناخته‌شده‌ترین شکارچیان‌اند. در مقابل، بقایای فسیلی سایر گوشتخواران بزرگ چون اسپینوسور، گیگاناتوسور و آلوسور، بیشتر تکه‌تکه و ناقص باقی مانده است. این کاستی در داده‌های فسیلی موجب شده بود که بازسازی‌های پیشین عمدتاً بر عکس‌ها یا نقاشی‌های دو‌بعدی تکیه کند و نه مدل‌های دقیق سهبعدی امروزی.
برای بررسی این که آیا جثه بزرگ در دودمان‌های متفاوت الزاماً به عملکردی مشابه در گاز گرفتن منجر میشود یا نه، آندره روو و همکارانش مدل‌های سهبعدی دقیقی از ۱۸ جمجمه تروپود بزرگ ساختند. هدف این بود که نقش فرم جمجمه، ساختار مفاصل و توان تحمل تنش در اثربخشی گاز را با استفاده از ابزارهای مهندسی رایج در هوافضا و زیست‌ساختارشناسی کمّی کنند.
روش‌ها: اسکن سهبعدی و تحلیل اجزای محدود
روو به بازدیدهای میدانی از موزه‌ها رفت و با اسکنر دستی سهبعدی، جمجمه‌ها و استخوان‌های جمجمه را برداشت و این اسکن‌ها را به مدل‌های دیجیتال کامل تبدیل کرد. سپس، این نمونه‌ها را با روش تحلیل اجزای محدود (FEA) – که روشی محاسباتی برای پیش‌بینی واکنش یک شیء به نیرو و توزیع تنش و کرنش است – مورد ارزیابی قرار گرفتند. این فناوری امکان شبیهسازی گازهای ناشی از عضلات و پیش‌بینی میزان مقاومت جمجمه در برابر فشارها را فراهم میکند.
برای صحت این شبیه‌سازی‌ها، ورودی‌های مهمی چون تخمین نیروی عضلات، حدود حرکت مفاصل و بازسازی هندسه استخوان لحاظ شد. هرچند بافت نرم و ساختار دقیق عضلات در فسیل‌ها باقی نمی‌ماند، اما کالبدشناسی تطبیقی و بررسی نمونه‌های زنده چون کروکودیل‌ها و واران‌های بزرگ معیاری قابل قبول برای مدلسازی فراهم میکند.
یافته‌های کلیدی: تنوع قابل توجه در شیوه‌های تغذیه تروپودهای عظیم
نتایج تحلیل FEA تفاوت‌های عملکردی آشکاری میان دودمان‌ها آشکار ساخت. تیرانوسوروئیدها شامل تی‌رکس، جمجمههایی سخت، غیرمتحرک و با ساختار استخوانی تقویتشده و فرم کوتاه و عمیق داشتند. این خصوصیات مبین استراتژی غذایی «پرقدرت و پرفشار» است؛ یعنی گازهای استخوانخردکن توسط عضلات فک قدرتمند انجام می‌شد. این نتیجه با شواهد مستقل همچون آثار جای دندان و آسیب‌های التیام‌یافته دارای دندان فرو رفته، همخوانی دارد.
در مقابل، اعضای آلوسوروئیدها – مانند آلوسور و گیگاناتوسور – جمجمههایی کشیده، ظریف و با مفاصل متحرکتر داشتند. معماری جمجمه آنها در بارگذاری شبیه‌سازی‌شده برای گازهای استخوانخردکن کارایی کمی نشان داد. گویا این تروپودها بیشتر با روش «کم‌تنش، کم‌قدرت» و برش یا بریدن پی‌درپی گوشت شکار خود را تضعیف میکردند. روو این روش را شبیه کومودو دراگون‌های امروز می‌داند؛ یعنی بریدن متوالی با گازهای پشت‌سرهم بجای خورد کردن استخوان در یک ضربه.
اسپینوسور و خویشاوندانش نیز کاملاً متفاوت بودند. پوزه باریک و کشیده و دیگر ویژگی‌های جمجمه، نشان از سازگاری آنها با یک شیوه غذایی دگرگونه و تا حدی ماهی‌خواری دارد. آثار فسیلی همچون بقایای ماهی، استخوان‌های پتروسور و بقایای ایگوانودونت در معده آنها، رژیم غذایی متنوعی را نشان میدهد. مدل‌های FEA نیز هویدا کرد که جمجمه‌های شبیه اسپینوسور برای فشارهای بسیار بالا و خرد کردن‌های استخوانی پایدار، مناسب نبود و این نظریه را تقویت میکند که آنها بیشتر غذاجویان فرصت‌طلب یا ساحلی بودند تا شکارچیان استخوانخردکن مانند تی‌رکس.
پیامدها در بوم‌شناسی دیرینه و جایگاه شکارچیان
این تفاوت‌های بیومکانیکی نشان میدهد که تروپودهای بزرگ، یک نقش زیست‌بومی را با همان الگو اشغال نمی‌کردند. به‌عبارت دیگر، تیرانوسوریدها به‌عنوان شکارچیان کمین‌گر و متخصص حمله ناگهانی به طعمه‌های عظیم، بهینه شده بودند؛ درحالی‌که آلوسوروئیدها بر بریدن و انعطاف مفصلی برای خوردن گوشت تکیه داشتند و اسپینوسوریدها یک روش مختلط شامل ماهیگیری، لاشه‌خواری و شکار طعمه‌های کوچک‌تر را دنبال کردند.
بدین ترتیب، رقابت مستقیم میان این شکارچیان عظیم هرجایی که از نظر زمانی و مکانی همپوشانی داشتند، کاهش می‌یافت و بررسی بوم‌شناسی تغذیه باید ساختار جمجمه را هم لحاظ کند و نه صرفاً بر وزن بدن تکیه داشته باشد.
فناوری‌ها، محدودیت‌ها و چشم‌انداز آینده
فناوریهای به‌کاررفته
این پژوهش ارزش ترکیب اسکن سهبعدی موزهای با شبیهسازیهای مهندسی همچون FEA را در مطالعات بیومکانیک دیرینهشناسی به‌خوبی نشان میدهد. پیشرفت‌هایی مانند اسکن سطحی، فتوگرامتری و توموگرافی کامپیوتری (CT) امکان ثبت دیجیتال دقیق نمونه‌های شکننده و ناقص را فراهم آورده است. ترکیب این داده‌ها با بازسازی بافت نرم و مدلسازی عضلات، شبیهسازیهای توان گاز واقعیتر را موجب میشود.
محدودیت‌ها و عدم‌قطعیت‌ها
با این حال، چالش‌هایی وجود دارد: نیروهای عضلانی به‌طور غیرمستقیم تخمین زده می‌شوند، سوگیری در حفاظت فسیل‌ها تعیین میکند که کدام جمجمه‌ها در دسترس پژوهش‌اند و روابط مقیاسی و تغییرات رشدی می‌تواند نتایج را تحت تاثیر قرار دهد. رفتار تغذیه‌ای نیز کاملاً در مدل ساختاری قابل رحم نیست. البته، الگوی کلی – تفاوت‌های آشکار جمجمه و استراتژی غذایی – در انواع تروپودهای بررسی‌شده معتبر باقی می‌ماند.
چشم‌اندازهای آینده
در آینده با تلفیق مدلسازی بیومکانیک با بازسازی کامل‌تر عضلات، استفاده از هوش مصنوعی برای بهینه‌سازی پارامترها و گسترش تعداد نمونه‌های فسیلی، می‌توان این یافته‌ها را دقیقتر کرد. کشف جمجمه‌های کامل‌تر از اسپینوسوریدها و آلوسوروئیدها می‌تواند به ما کمک کند تا تحول تخصص غذایی در تروپودهای غول‌پیکر را بهتر درک کنیم.
دیدگاه متخصص
آندره روو، نویسنده اصلی مطالعه، به‌طور خلاصه نتیجه‌گیری را چنین بیان میکند: ساختار بدنی و جمجمه اسپینوسور و تی‌رکس تا حد زیادی متفاوت بوده و در صورت رویارویی واقعی، طراحی تیرانوسور رکس در یک نبرد رو در رو و استخوانخردکن، برتری آشکاری فراهم می‌کرد. روو تأکید میکند که این تفاوت‌ها نه یک الگوی مشترک، بلکه نتیجه پاسخ‌های تکاملی متفاوت به فشار شکارگری و تغذیه در طبیعت است.
جمع‌بندی
در میان بزرگ‌ترین تروپودها، جرم بدنی زیاد لزوماً با قدرت گاز بالاتر همراه نبود. اسکن‌های دقیق سهبعدی و آنالیز عددی اجزای محدود نشان می‌دهند که تیرانوسور رکس یک جمجمه سخت و تقویتشده مخصوص گازهای استخوانخردکن تکامل داد و در مقابل آلوسوروئیدها و اسپینوسوریدها استراتژی‌های متفاوتی چون گاز بریدن یا تغذیه عمومی و ساحلی را برگزیدند. یافته‌های بیومکانیکی جدید، تقسیم نقش شکارگری در اکوسیستم‌های مزوزوئیک را روشن‌تر میکند و اهمیت فناوریهای مهندسی مدرن در بازسازی زندگی جانوران منقرض شده را نمایان می‌سازد.
منبع: arstechnica
.avif)
نظرات