De allra största

och hur de blev så stora

En artikel om jura-tidens jättedinosaurier - sauropoderna, från Allt om Vetenskap

De allra största dinosaurierna kunde bli långa som tre långtradare på rad och väga över etthundra ton.

Länge har man spekulerat om vilka exceptionella omständigheter som rådde på jorden för 150 till 200 miljoner år sedan och som skapade jättar som Diplodocus, Apatosaurus och Brachiosaurus och alla deras imponerande släktingar bland sauropoderna, som djurgruppen kallas.

Idag börjar en bild växa fram där man ser hur ett antal viktiga egenskaper sammanföll hos sauropoderna och skapade en närmast perfekt formel för extrema storlekar. Ett recept som låg bakom några av de mest framgångsrika landdjur som existerat, men som försvann för evigt när de plötsligt utrotades för 65 miljoner år sedan. Idag går det inte att bli så stor längre. Biologin är i vägen.

Det är någonting nästan perverst över storleken hos de allra största dinosaurierna. Det finns ingenting i vår erfarenhet som liknar dem. De tillhör mer en sagovärld utan människor, där helt andra regler gäller. Vad var det som gjorde att de blev så ofattbart stora? Var det förändringar i jordens gravitation, eller fanns det kanske mer syre i luften då, för 150 miljoner år sedan, då de långhalsade jättarna vaggade fram över dåtidens prärier?

Vi har idag kommit långt ifrån den gamla fördomen som säger att dinosaurierna var ett slags misslyckade experiment i evolutionen, försöksexemplar som aldrig blev några riktigt lyckade produkter.

Men bara ett så enkelt konstaterande som att de dominerade jorden i flera hundra miljoner år säger att de måste ha varit perfekt anpassade till sin miljö, byggda för framgång.

Varför blev de då så stora? Och varför blir inga landdjur så stora nu för tiden? Elefanter och giraffer i all ära, men jämfört med en sauropod är de rätt små.

Under de senaste åren har en grupp tyska och schweiziska forskare under ledning av paleontologen PM Sander och zoologen Marcus Clauss drivit ett projekt för att försöka besvara just de frågorna.

De har, så att säga, byggt en sauropod från grunden för att se hur och varför de fungerade som de gjorde. Och de konstaterar att när man ser på sauropodernas biologiska förutsättningar och analyserar vilken miljö de levde i så är det helt logiskt att de till slut blev supertungviktare.

Det går för det första inte att hitta något samband mellan deras storlek och andra kända förändringar av livsförutsättningarna. Atmosfären var faktiskt mindre syrerik på deras tid.

Fördelningen av kontinenternas landmassor, klimatet och luftens koldioxidhalt tycks inte heller ha haft någon effekt på deras storlek. Alltså måste det finnas förklaringar till den ohämmade tillväxten i deras speciella biologi, konstaterar forskarna.

Hur fungerade då en sauropod?

Till att börja med utmärker den sig genom sin extremt långa hals. Räckvidden gör att den kan beta av ett stort område utan att förflytta sig en millimeter. Med upp till femton meter långa halsar svepte de huvudena fram och tillbaka genom vegetationen. Det innebar en stor energibesparing och ett effektivt sätt att konkurrera med andra växtätare i samma område. Men en så lång hals kräver ett extremt lätt huvud. Det hade sauropoderna tack vare att de helt struntade i att tugga maten. Inga käkmuskler eller kraftiga ben med muskelfästen tyngde ner huvudet som hos andra stora växtätare. En elefant, till exempel, har ett huvud som väger ungefär tjugo gånger mer än dinosauriens, trots att den är så mycket mindre. En sauropod klippte helt enkelt av blad och kvistar med sina räfselika framtänder och skyfflade ner allt i den långa halsen för vidare behandling, längre ner i systemet.

En stor kropp ger plats för en utbyggd och mer effektiv matsmältningsapparat. Med hjälp av ett enormt tarmsystem och hjälpsamma bakterier kunde forntidens jättar smälta tonvis med föda. Genom experiment med växtdelar, fårmagar och diverse mikroorganismer kunde forskarna räkna ut att det troligen tog ungefär två veckor för en måltid att passera genom magarna på en sauropod. De kunde proppa i sig massor med växtmaterial och ta vara på all näring som fanns i maten även på magra marker. Sauropoderna höll till i ungefär samma typ av miljöer som våra dagars elefanter; torra savanner med näringsfattig föda. Men de var specialbyggda för uppgiften.

En lång hals gör djuret sårbart, men den massiva kroppshyddan är också ett skydd mot rovdjur. Inga av de vasstandade rovdinosaurierna var ens i närheten av sauropodernas storlek.

Vad är det då som hindrar att elefanter och andra nutida växtätare tar efter den här strategin och blir ännu större?

Det är det klassiska problemet med en massiv kropp: den stora volymen alstrar värme, men ju större kroppen blir, desto mindre blir den relativa ytan som avger värme. Kroppsvolymen ökar med kubiken på storleken enligt geometrins lagar. Samtidigt växer ytan bara med kvadraten. Den svalkande hudytan blir relativt sett mindre ju större kroppen blir. Ett allt för stort djur överhettas och kan inte ägna sig åt något aktivt ätande.

Sauropoderna tycks ha löst det här problemet på samma sätt som rovdinosaurierna och deras nutida överlevare, fåglarna. Genom ett komplicerat men effektivt andningssystem.

Hos de flygande fåglarna som har en högintensiv energiutveckling, passerar luften enbart i en riktning genom kroppen, och inte in och ut, som hos oss.

Lungorna är små, men är anslutna till ett antal luftsäckar som sträcker sig längs kroppens insida, och som i sin tur hänger samman med håligheter i skelettet. De här hålrummen hjälper till att hålla igång flödet av luft genom lungorna och kroppen med hjälp av musklernas rörelser.

Med ett sådant här pneumatiskt system kan de storväxta djuren ventilera ut överskottsvärme, snabbt transportera stora luftvolymer genom den långa halsen, samtidigt som man sparar in vikt genom håligheterna i skelettet – framför allt i hals och ryggkotorna. De luftfyllda skelettdelarna väger bara en tredjedel så mycket som solida ben.

Sander och Clauss anser att de långa halsarna är själva nyckeln till explosionen i storlek hos sauropoderna.

Det var nämligen bristen på tuggande mekanism i huvudet, som gjorde att halsen kunde bli så extremt lång att djuren konkurrerade ut andra växtätare i sin livsmiljö. Stora volymer otuggad föda krävde i sin tur en stor kroppshydda för effektiv bearbetning och energiupptag.

Det här systemet gjorde det nödvändigt med ett andningssystem med stort luftutbyte och avkylande verkan för att förhindra överhettning. Det kombinerades med lätta ihåliga ben i hals- och ryggkotor, som alltså både gjorde bygget lättare och samtidigt fungerade både som en del av andningsapparaten och kylsystemet.

Storleken blev en överlevnadsfördel, och gynnades av evolutionen. Ju större desto bättre, kort sagt.

Till den här serien av egenskaper kommer ytterligare en nyckelegenskap: Förmågan till hypersnabb tillväxt. En nykläckt unge av de allra största dinosauriearterna hade framför sig en resa från att väga runt tio kilo när den först tittade fram ut ägget tills den vägde upp till etthundra ton som fullvuxen. En viktökning på tiotusen gånger.

Om sauropoder växt i samma takt som reptiler skulle det tagit dem mer än etthundra år att bli fullvuxna. Det hade gjort de unga exemplaren extremt sårbara för rovdjur under en lång tid.

Genom mikroskopiska analyser av sauropodernas benstruktur vet man att den resan istället tog cirka tjugo år för de allra största arterna. Det hade aldrig varit möjligt utan en hög ämnesomsättning, i klass med dagens däggdjur.

Många stora växtätande däggdjursarter har kommit och gått på jorden bara under de senaste årmiljonerna. Mammutar, mastodonter, jättesengångare och ullhåriga noshörningar är bara några i en lång rad.

De allra största växtätande dinosaurierna regerade under mer än 150 miljoner år. Och de gav inte upp förrän jorden drabbades av en plötslig katastrof i form av en jättemeteorit som fullständigt ritade om den biologiska kartan för 65 miljoner år sedan.

Den här långa dominansen förklarar forskarna med att de behöll sitt gamla sätt att föda fram avkomman, genom äggläggning.

Vi däggdjur har satsat på strategin att föda några få levande ungar med längre mellanrum, och se till att var och en har maximalt goda chanser att överleva. Dinosaurierna la istället dussintals stora ägg i gropar i marken och hoppades att några i mängden skulle överleva.

Bägge modellerna har sina för- och nackdelar, men för dinosaurierna del kan äggläggningen vara förklaringen till att de hängde kvar så länge, tror forskarna. Det är just den långsamma populationstillväxten som ofta är de stora däggdjurens akilleshäl. Tillfälliga svåra perioder, på grund av klimatförändringar eller andra faktorer, har lett till att flockarna blir mindre och mindre och får svårt att återhämta sig. Isolerade grupper krymper ihop tills de försvinner under hårda tider.

Äggläggare, däremot, kan snabbt övervinna tillfälliga motgångar, och leva kvar länge. I sauropodernas fall i hundratals miljoner år.

Äggen kan också vara en viktig förklaring till den rika faunan av stora rovdjur under dinosauriernas epok, spekulerar Sander och Clauss. Tillgången på sauropodägg och smådinosaurier höll igång en hel industri av större och mindre rovdinosaurier under jura och krita, med klart större täthet än idag.

Det var alltså en hel serie av evolutionära nyskapelser som drev fram den för oss nästan obegripliga tillväxten hos de största växtätande dinosaurierna.

Lätta huvuden som mest fungerade som öppningar för att skyffla ner mat gjorde det möjligt för halsarna att växa, och längre halsar blev en konkurrensfördel eftersom det gjorde betandet effektivt. Samtidigt växte kroppshyddan för att kunna ta vara på all växtföda som skulle bearbetas.

Men för att halsarna skulle nå sin storlek på upp till femton meter krävdes också ett lätt skelett med luftkanaler, som samtidigt gjorde det möjligt att syresätta och svalka av den jättelika kroppen.

Det har visat sig att de här speciella anpassningarna uppstod ganska tidigt i utvecklingen. Under triasperioden, för runt 250 miljoner år sedan, hade sauropodernas tidiga små föregångare redan börjat få skelett med pneumatiska luftfickor, huvuden utan käkar och den speciella benstruktur som gör det möjligt att växa extremt snabbt.

När förutsättningarna var på plats gick utvecklingen fort. Det har fossilfynd från bland annat Sydafrika och Argentina under de senaste åren har visat. En tidig modell vid namn Panphagia, en tvåbent allätare med lång svans som levde för drygt 230 miljoner år sedan, är den hittills tidigaste för-sauropoden. Den vägde ungefär sju kilo.

25 miljoner år senare levde Plateosaurus, en senare släkting till sauropoderna. Den vägde 4 000 kilo. Det är den snabbaste storleksökningen inom en djurgrupp som man känner till under livets långa historia.

Det var inte storleken som drev fram de biologiska anpassningarna, utan tvärtom, konstaterar forskarna. Det var en serie viktiga förmågor som sammanföll och skapade det största djur som någonsin vandrat på jorden.

När möjligheterna fanns på plats gick det undan. Storleken var en överlevnadsfördel, och därför blev de bara större och större. Under kritperioden, som såg slutet på alla dinosaurier, dök titanosaurierna upp. De var sentida sauropoder som Argentinosaurus som kanske vägde upp till etthundra ton, eller den ofullständigt kända Amphicoelias, som man tror kunde bli 60 meter lång.

Moderna däggdjur har en hög ämnesomsättning och kan växa snabbt. Men de kan aldrig nå samma storlek som en Brachiosaurus eller en Diplodocus, säger Sander och Clauss. De främsta hindren är dels tuggandet, med en käkkonstruktion som gör huvudet alltför tungt för att utnyttja fördelen med en lång hals. Och dels är det bristen på en effektiv avkylningsmekanism.

Vi däggdjur slog för längesedan in på en helt annan väg när det gäller hur vi äter och hur vi andas, och nu finns ingen väg tillbaka. Storleksrekordet för landdjur tillhör än så länge sauropoderna, och de lär få behålla det under överskådlig tid.

Hur höll de huvudet?

Mycket är fortfarande okänt om sauropoderna. Hur ska de egentligen avbildas? Den traditionella bilden sedan lång tid är att de långhalsade djuren höll huvudet lågt, i stort sett i samma höjd som resten av kroppen, med hals och svans i en närmast vågrät linje.

Ett argument för den bilden är att det annars skulle kräva 45 procent av djurets hela energiomsättning enbart för att få blodet att cirkulera ända upp till huvudet, enligt en expert på blodomloppets fysik.

Men några brittiska zoologer utmanade den bilden 2009 genom att visa att samtliga nu levande ryggradsdjur på land – inklusive fåglar, krokodiler, sköldpaddor och däggdjur – håller huvudet på ett sätt som hos dinosaurierna skulle motsvara en gracil, svanliknande böjd hals.

Den låga hållningen motsvarar vad de kallar ett ”osteologiskt neutral hållning”, skelettet befinner sig i ett viloläge. Men så gör inte djur enligt deras åsikt. Istället håller man halskotorna i ett mer uppsträckt läge. Så gör även vi människor.

Hur de i så fall löste blodcirkulationen framgår inte. Debatten går vidare.

De mest kända sauropoderna:

Apatosaurus

Den kallades en gång också Brontosaurus, men inte längre.

Apatosaurus kunde bli över tjugo meter lång och väga över tjugofem ton. Den har blivit kända tack vare att den är ett av de vanligaste djuren i USA:s rikaste område för dinosauriefossil, Morrison Formation i Colorado och Wyoming.

Fotavtryck härifrån visar att unga Apatosaurier kunde springa på bakbenen som en del moderna små ödlor.

Diplodocus tillhörde samma familj som Apatosaurus, och är den längsta dinosaurie som är känd från ett komplett skelett. Diplodocus hade en lång och smals svans som rönt ett visst extra intresse.

Genom datormodellering har man räknat ut att de kunde använda svansen som en piska, inte i första hand som ett anfallsvapen, utan för att åstadkomma ljudeffekter.

En pisksnärt från en Diplodocus och besläktade sauropoder kan nämligen enligt beräkningarna framkalla en överljudsbang som bör ha låtit som ett åsknedslag.

Om de använde de här ljudbangarna till försvar, revirmarkering eller kanske i parningslekar är höljt i dunkel.

Brachiosaurus hade till skillnad från de flesta andra sauropoder långa framben som gjorde att huvudet bör ha hållits högt, även om halsen ryggen och svansen hölls i en rät linje. Utan att sträcka på halsen hamnade huvudet nio meter över marken. Det gjorde att den antagligen var specialiserad på att beta i högre träd.

Den blev känd som en av dinosaurierna i den första Jurassic Park-filmen, men tvärt emot vad som visas i filmen så kunde den med stor sannolikhet inte resa sig på bakbenen. Den hade helt fel viktfördelning för att kunna göra det.

tomaslindblad.se