Shkencëtarët zgjidhin një mister 120-vjeçar: Si notuan Plesiosaurët monstruozë?

Plesiosaurët, të cilët jetuan rreth 210 milionë vjet më parë, u përshtatën për të jetuar nën ujë në një mënyrë të pazakontë: këmbët e tyre të përparme dhe të pasme evoluan për t’u bërë katër rrokullisje uniforme, të ngjashme me krahët me kalimin e kohës. Dr. Anna Krahl ekzaminoi se si ata i përdorën ata për të udhëtuar nëpër ujë në tezën e saj, e cila u mbikëqyr në Ruhr-Universität Bochum dhe Universitetin e Bonit.

Ajo ishte në gjendje të demonstronte se përdredhja e rrokullisjeve ishte thelbësore për lëvizjen përpara pjesërisht duke përdorur qasjen e elementeve të fundme, e cila shpesh përdoret në inxhinieri. Duke përdorur kockat, modelet e muskujve dhe rindërtimin e muskujve, ajo ishte në gjendje të rikrijonte sekuencën e lëvizjes. Gjetjet e saj u botuan së fundmi në revistën PeerJ.

Plesiosaurët janë anëtarë të Sauropterygia, të njohur shpesh si hardhuca me vozis, një grup saurianësh që u ripërshtatën për të jetuar në ujë. Ata u zhvilluan në fund të Triasikut, rreth 210 milionë vjet më parë, bashkëjetuan me dinosaurët dhe vdiqën në fund të epokës Kretake.

Plesiosaurët dallohen nga qafat e tyre shpesh tepër të gjata dhe kokat e vogla; elasmosaurët madje kanë qafën më të gjatë nga çdo vertebror. Nga ana tjetër, kishte edhe tipa grabitqarë të mëdhenj me qafë të shkurtër dhe kafka të mëdha. Qafa është e lidhur me një trup në formë loti, të përshtatur mirë në mënyrë hidrodinamike, me një shkurtim të dukshëm në të gjithë pleziosaurët.

Tipari i dytë që i bën pleziosaurët kaq të pazakontë janë katër rrokullisjet e tyre uniforme të ngjashme me krahët.

“Të transformosh këmbët e përparme në rrokullisje të ngjashme me krahët është relativisht e zakonshme në evolucion, për shembull te breshkat e detit. Kurrë më, megjithatë, këmbët e pasme nuk evoluan në një krah pothuajse identik të ngjashëm me fletë ajrore,” shpjegon Anna Krahl, teza e doktoraturës së së cilës u mbikëqyr nga profesori P. Martin Sander (Bonn) dhe profesori Ulrich Witzel (Bochum).

Breshkat e detit dhe pinguinët, për shembull, i kanë këmbët me rrjetë. Për më shumë se 120 vjet, studiuesit në paleontologjinë e vertebrorëve kanë qenë në mëdyshje se si pleziosaurët mund të kenë notuar me këto katër krahë. A vozitën si breshka apo rosat e ujërave të ëmbla? A fluturuan nën ujë si breshkat e detit dhe pinguinët? Apo kombinuan fluturimin nënujor dhe vozitjen si luanët e sotëm të detit apo breshkat me hundë derri? Është gjithashtu e paqartë nëse rrokullisjet e përparme dhe të pasme janë përplasur në unison, në kundërshtim ose jashtë fazës.

Anna Krahl ka disa vite që studion strukturën e trupit të pleziosaurëve. Ajo ekzaminoi kockat e shpatullës dhe brezit të legenit, rrokulliset e përparme dhe të pasme, dhe sipërfaqet e nyjeve të shpatullave të plesiosaurit Cryptoclidus eurymerus nga periudha e Jurasikut të mesëm (rreth 160 milionë vjet më parë) në një skelet të plotë të ekspozuar në Muzeun Goldfuß të Universiteti i Bonit. Plesiosaurët kanë nyje të ngurtësuara të bërrylit, gjurit, dorës dhe kyçit të këmbës, por funksionojnë nyjet e shpatullave, ijeve dhe gishtave.

“Analiza që i krahason ato me breshkat moderne të detit dhe bazuar në atë që dihet për procesin e tyre të notit, tregoi se pleziosaurët ndoshta nuk ishin në gjendje të rrotullonin rrokulliset e tyre aq sa do të ishte e nevojshme për vozitje,” përfundon Krahl, duke përmbledhur njërën prej saj. shkresat paraprake. Vozitja është kryesisht një lëvizje mbrapa-mbrapa që përdor rezistencën ndaj ujit për të ecur përpara.

Drejtimi i preferuar i lëvizjes së rrokullisjes tek pleziosaurët, nga ana tjetër, ishte lart e poshtë, siç përdoret nga fluturuesit nënujorë për të gjeneruar shtytje.

Mbetet pyetja se si pleziosaurët në fund të fundit mund të përdredhin rrokullisjet e tyre për t’i vendosur ato në një pozicion të favorshëm hidrodinamik dhe për të prodhuar ngritje pa rrotulluar krahun e sipërm dhe kofshën rreth boshtit gjatësor.

“Kjo mund të funksionojë me anë të përdredhjes së rrokullisjeve rreth boshtit të tyre të gjatë,” thotë Anna Krahl. “Vertebrorët e tjerë, si breshka prej lëkure, është treguar gjithashtu se e përdorin këtë lëvizje për të gjeneruar shtytje përmes ngritjes”.

Përdredhja, për shembull, përfshin përkuljen e gishtit të parë shumë poshtë dhe gishtin e fundit shumë lart. Gishtat e mbetur i lidhin këto pozicione ekstreme në mënyrë që maja e rrokullisjes të jetë pothuajse vertikale pa kërkuar ndonjë rrotullim të vërtetë në shpatull ose dore.

Një rindërtim i muskujve të rrokullisjeve të përparme dhe të pasme për Cryptoclidus duke përdorur zvarranikë të gjallë sot tregoi se plesiosaurët mund të mundësonin në mënyrë aktive një përdredhje të tillë të rrokullisjes. Përveç modeleve klasike, studiuesit bënë edhe tomografi kompjuterike të humerusit dhe femurit të Cryptoclidus dhe i përdorën ato për të krijuar modele virtuale 3D.

“Këto modele dixhitale ishin baza për llogaritjen e forcave duke përdorur një metodë që kemi huazuar nga inxhinieria: metodën e elementeve të fundme, ose FE”, shpjegon Anna Krahl.

Të gjithë muskujt dhe këndet e tyre të lidhjes në humerus dhe femur u riprodhuan praktikisht në një program kompjuterik FE që mund të simulojë ngarkesat funksionale fiziologjike, për shembull në komponentët e ndërtimit, por edhe në proteza. Bazuar në supozimet e forcës së muskujve nga një studim i ngjashëm me breshkat e detit, ekipi ishte në gjendje të llogariste dhe vizualizonte ngarkesën në secilën kockë.

Gjatë një cikli lëvizjeje, kockat e gjymtyrëve ngarkohen nga ngjeshja, tensioni, përkulja dhe përdredhja. “Analizat e FE treguan se humerus dhe femuri në rrokullisje ngarkohen funksionalisht kryesisht nga ngjeshja dhe në një masë shumë më të vogël nga stresi në tërheqje,” shpjegon Anna Krahl.

“Kjo do të thotë që plesiosauri ndërtoi kockat e tij duke përdorur sa më pak material që ishte e nevojshme.” Kjo gjendje natyrale mund të ruhet vetëm nëse përfshihen muskujt që përdredhin rrokullisjet dhe muskujt që mbështillen rreth kockës. “Prandaj ne mund të vërtetojmë në mënyrë indirekte se pleziosaurët i përdredhën rrokullisjet e tyre për të notuar në mënyrë efikase,” përmbledh Anna Krahl.

Ekipi ishte gjithashtu në gjendje të llogariste forcat për muskujt individualë që gjeneruan goditjen lart dhe poshtë. Për shembull, u duk se goditja poshtë e të dy palëve të rrokullisjeve ishte më e fuqishme se goditja lart. Kjo është e krahasueshme me breshkat tona të detit sot dhe e ndryshme nga pinguinët e sotëm, të cilët lëvizin përpara në të njëjtën distancë me goditjen lart si me goditjen poshtë.