Artikel top billede

(Foto: Computerworld)

Digital teknologi finder dinosaurernes skjulte hemmeligheder

Moderne datadrevne forskningsmetoder åbner nye vinduer til fortidens dyreliv, som forskerne for bare ti år siden troede ville være umulige at åbne .

Af Palle Vibe, Alt om Data

Denne artikel er oprindeligt bragt på Alt om Data. Computerworld overtog i november 2022 Alt om Data. Du kan læse mere om overtagelsen her.

Filmen Jurassic Park fra 1993 brugte for første gang computere til at visualisere fortidens dinosaurer og repræsenterede dengang dinosaurforskernes bedste bud på, hvordan disse dyr levede, lød og så ud.

I dag viser ny computerteknologi, hvor meget fejl de tog. Bare inden for de seneste fem år, har digitale undersøgelser af forsteninger og fossiler af fortidens dyreliv (også benævnt cyberpalæontologi) givet os ny viden om de uddøde dyrs udseende, adfærd og levevis helt ned i detaljer som farver, stemmer og bevægelsesmåde, som videnskaben aldrig forventede at kunne opnå.

Tag med på opdagelse med nutidens digitale palæontologer og hør om den nyeste dinosaurforsknings utrolige og overraskende resultater.

Gav verdens største kæmpe ny gang på jorden

Langt fra alle dinosaurer var særligt store, vilde eller voldsomme. Men det er naturligvis de største, der er mest spændende og derfor tiltrækker sig mest opmærksomhed. Her vralter Argentinosaurus huinculensis ind i billedet som den heftigste landskabning, der måske nogensinde har levet, hvilket denne kolossale planteædende kæmpeøgle gjorde for mellem 94 og 97 mio. år siden i Sydamerika.

Argentinosaurus blev 40 m lang, og med en anslået kropsvægt på måske 90 ton (eller 15 hanelefanter) har det hidtil været en videnskabelig gåde, hvordan dette kæmpedyr overhovedet har kunnet slæbe sig fremad. Problemet er, at der ikke findes nogen tilsvarende nulevende dyr, som computeren kan sammenligne med.

Men med sofistikerede computeranalyser baseret på knoglescanninger har et hold forskere fra University of Manchester nu rekonstrueret dyret i digital udgave og ladet det tage sine første skridt i næsten 100 mio. år.

Og computeren afslørede, at denne gigantiske kæmpeøgle bestemt havde gang på jorden så at sige. Faktisk kunne Argentinosaurus forholdsvis let skridte gennem det sydamerikanske landskab i samme tempo som et menneske, der marcherer frem i rask gang dvs. 7-8 km/t

. Som tillægsgevinst opnåede forskerne værdifuld viden om store dyrs benmuskulatur og virkemåde, og med disse erfaringer er det nu også muligt at bygge større, bedre og mere effektive gående robotter.

Hver lille grå kvadrat på billedet repræsenterer en meter. Computeranimationen kan ses via: http://www.manchester.ac.uk/discover/news/scientists-digitally-reconstruct-giant-steps-taken-by-dinosaurs/

Robotter på sporet

Dinosaurspor har hidtil været palæontologernes eneste kilde til med fuld sikkerhed at kunne vise noget konkret om disse fortidsdyrs adfærd og bevægelsesmønster.

Men også her kan computeren hjælpe i form af en nyudviklet datamodel FEA (Finite Element Analysis), der kørt på kraftige supercomputere med samme datakraft som 30.000 kontorcomputere kan simulere, hvordan fodaftryk vil blive gengivet i forskelligt terræn.

Denne teknologi har bl.a. afsløret falsk svømmehud, der aftegner sig i visse underlag af bestemt beskaffenhed. Modellen viser også, at skridttype og fodslag undertiden betyder mere for et aftryks dybde og udseende end underlaget som sådan. Uden denne viden vil man let kunne fejlfortolke dinosaurspor, ligesom eksperimenter med modeller af fødder i forskellige former for underlag ikke vil give et realistisk resultat.

Tilsvarende har et forskerteam ledet af Martin Lockley fra University of Colorado opdaget kradsemærker i jorden sammen med fodspor, der tyder på, at nogle dinosaurer har sparket og revet i underlaget, som vrede heste kan gøre det i dag eller måske som indslag i deres kurmageri.

Ved hjælp af computerteknologi kan forskere simulere dinosaurernes fodaftryk.

Planteædere åd da planter eller gjorde de?

Kødædende dinosaurer åd naturligvis kød, og planteædere åd naturligvis planter. Men så enkelt har det vist sig ikke at være. Hidtil har man antaget, at dyr med enslignende kranier og tænder spiste samme typer vegetation. Men ved at computersimulere dyrenes kæbekraft, er forskerne blevet klar over, at hver slags planteæder havde sin egen menu og derfor ikke konkurrerede om føden.

Takket være digital scanningsteknologi har det endvidere kunnet lade sig gøre at undersøge dinosaurernes efterladenskaber i så detaljeret grad, at forskerne direkte har kunnet se, hvad måltidet bestod af. Og til videnskabsfolkenes store overraskelse spiste nogle arter rent faktisk træ, hvilket ellers har været betragtet som ufordøjeligt for andre end særlige bakterier.

Ved hjælp af scanningsteknologier, har man fundet ud af, at nogle dinosaurer spiste træ og bark

Robotluffer svirper lydløst gennem vand og hav

Fortidens dyr levede ikke kun på land. De langhalsede plesiosaurer er måske fortidshavets mest typiske repræsentanter, men forskerne har dog længe diskuteret, hvordan de egentlig brugte deres luffer.

Modsat havskildpader og søløver, der padler med store forluffer og styrer med deres mindre bagluffer, havde plesiosaurerne fire ret store ens luffer. Hvordan kunne de padle og styre på én gang? Problemet er blevet løst af forskere fra universitetet i Bristol, der satte nøjagtige 3D-modeller af plesiosaur-luffer udprintet på en 3D-printer til at piske rundt i en vandtank.

Forskerne opdagede, at dyrenes forluffebevægelser skabte 60 % større fremdrift og 40 % øget effektivitet for baglufferne. Samtidig afslørede forsøgene, at de store og kraftige meterlange havdyr kunne svømme nærmest lydløst. Lignende tandem-mekanismer vil givetvis kunne gøre undervandsrobotter langt mere effektive, manøvredygtige og tavse.

Forskere lavede 3D-modeller af lufferne fra en plesiosaur for at genskabe dens bevægelser.

T-rex var ikke helt, som du ventede

T-rex levede i kridttiden for ca. 65 mio. år siden og var rimelig udbredt på det amerikanske kontinent. Den var stor og vild. 13 meter lang, 7 meter høj og oven i købet nok tykkere og tungere end almindeligvis antaget. Det er i hvert fald hvad et forskerhold fra The Royal Veterinary College i London og The Field Museum of Natural History i Chicago har konkludereret efter at have anvendt moderne computer-modelling teknologi til at beregne rovdyrets kropsmasse.

Først scannede forskerne skeletter af T-rex på forskellige alderstrin, som derpå dannede grundlag for en række digitale 3D-modeller. Ud fra vævsfordelingen i nulevende fugle og krokodiller modellerede computeren nu muskler og sener på de virtuelle skeletknogler, og på skærmen viste sig nu et dyr, der voksede med så meget som næsten to ton (1790 kg) om året og dermed dobbelt så hurtigt, som hidtil troet. Og en fuldvoksen T-rex kan have vejet så meget som 8-9 ton, hvilket ligger op mod 30 % over, hvad forskerne ellers har regnet med.

De seneste ti års forskning har bragt så mange nye opdagelser på banen, at gode gamle T-rex er blevet et nyt og helt uventet dyr.

Walk don’t run

Et forskerteam fra universitetet i Manchester har anvendt en kombineret computerassisteret simulationsteknologi bestående af biomekaniske målinger kaldet MultiBody Dynamic Analysis (MBDA) og Skeletal Stress Analysis (SSA) til at analysere den enorme rovøgles gang og biomekanik og dens mulige hurtighed.

Beregningerne viste, at mens unge ty-rannosaurer godt kunne løbe relativt hurtigt, ville belastningen på voksne dyrs benknogler være steget så meget, at de ville være revnet. Flere forskellige uafhængige computerberegninger indikerer, at T-rex blev langsommere med alderen og formentlig højst kunne opnå en løbehastighed på 20-30 km/t., hvis den da rent faktisk kunne løbe overhovedet og ikke bare tog store, lange og tunge skridt.

I praksis ville en fuldvoksen T-rex næppe have kunnet bevæge sig fremefter med over 30 km/t, så supersprinteren Usain Bolt ville formentlig have kunnet løbe fra den.

T-rex havde (måske) en lille fjer på

Allerede for over 150 år siden blev der fundet en dinosaur med fjer på. Det var den kragestore øglefugl Archaeopteryx. Men derudover havde forskerne ingen forsteninger, der viste dinosaurer med fjer. Det ændrede sig dog drastisk med fundet af adskillige små ”fjerkræ” i Kina op gennem 1990’erne og i 2012 med fundet af rovøglen Yutyrannus ­– en slægtning til T-rex dækket af fjer fra top til tå.

Farverige fjer kan både bruges til kommunikation og kurmageri, ligesom en fjerdragt er en god isolator og eksempelvis kan holde æg varme i en rede, og Yutyrannus fik mange til at spekulere på, om også T- rex var fjerprydet. Store dyr har generelt ikke brug for en varm dragt, men det kommer også an på deres levevis i øvrigt.

Der findes enkelte mindre aftryk af skællet T-rex skind, men endnu ikke noget afgørende bevis for T-rex fjer. I dag antager de fleste eksperter dog, at T-rex formentlig havde spredte fjeragtige områder på dele af kroppen. Planteædende dinosaurer havde derimod alene nøgen skællet hud, som svarer meget godt til de flestes forestilling om dem.

T-rex havde formentlig spredte områder på kroppen med fjer.

Arme små, store øgler

En gåde, der længe har plaget palæontologerne (og for så vidt stadig gør), er hvorfor T-rex var udstyret med så små armstumper, og hvad dyret egentligt kunne bruge dem til om noget overhovedet. De stak kun en smule ud fra øglens skulderblad og endte i to små fingre med kløer.

Efter en udbredt tidligere opfattelse var de også kun rudimentære og nytteløse, men hvorfor er de så ikke bare helt forsvundet? Tværtimod viser præcise analyser af de små armes muskelopbygning, at dyrets overarmsmuskler alene kunne løfte 200 kg hver og med hjælp fra øvrige muskler kunne en voksen T-rex dermed sagtens jonglere over 500 kg med armene.

Til gengæld havde armene en meget begrænset aktionsradius og rækkevidde og kunne eksempelvis ikke nå op til munden. Det har derfor været foreslået, at dyrene klamrede sig til hinanden med armene under parringen. Men begge køn havde lige små arme, der vanskeligt har kunnet holde en 6-7 ton tung krop i ro.
Efter en anden teori kan armene have været brugt til at hjælpe dyret op fra liggende stilling, men computersimulationer viser, at T-rex sagtens kunne rejse sig op med bagbenene alene.

Andre forskere har tænkt sig, at armene bar en prægtig fjerprydelse, som T-rex luftede under kurmageri og parringsdans. Men flere skeletter har vist spor af, at armene har været brækket under belastning, og det kan i hvert fald næppe skyldes en prydelse, der vel har været let som en fjer. Bruddene er dog vokset sammen, men da det må have taget nogle måneder, kan armenes brug nok ikke have været direkte livsvigtig.

Nøjere computerassisterede røntgenanalyser har desuden påvist små revner og sprækker i armknoglerne, der klart indikerer gentagne belastningssituationer. Flertallet af forskere hælder i dag derfor til, at armene kan have fungeret som kødkroge, hvormed T-rex har fastholdt sit sprællende bytte, til øglen har kunne bringe sit store hoved i stilling og lade sine dræbende kæber smække.

Imidlertid har man også fundet skeletrester af byttedyr med mærker efter tyrannosaurbid bagfra. Måske har T-rex derfor ofte nærmet sig sit offer bagfra og så at sige slået kløerne i byttedyrets hale og bagkrop, mens det bragte sit hoved i stilling til at levere det dræbende halsbid. Man ved også, at armene var relativt større på unge dyr, da de nok måtte kæmpe mere for at holde deres bytte.

Endelig kan de små arme og fingre have gjort nytte under yngelplejen til at bære og flytte på æg og unger, selv om det mest naturlige nok ville være at holde dem i munden som mange af nutidens rovdyr gør. Forskerne har desværre endnu intet definitivt bevis for hverken det ene eller det andet.

Ved at se på knoglerne er det muligt for forskere at se, om en dinosaur har medullære knogler og dermed kan producere kalk til at danne æg.

En rovfugl på flere tusind kilo

Eric Snively, der er palæontolog ved Ohio Universitetet i Athen, og hans hold har scannet et komplet kranie fra en anden stor rovøgle Allosaurus, der var en tidligere slægtning til T-rex. Denne teknologi inddrager røntgenbilleder taget fra mange forskellige sider, som siden samles til et intakt billede af en computer.

Sammenlignet med T-rex havde Allosaurus mindre og svagere kæbemuskler, men kraftigere nakkemuskler. Analysen godtgør, at rovøglen kunne kaste sit hoved hurtigt fra side til side og fortærede derfor sit bytte som en nutidig rovfalk, der først hugger sit næb ned i ofret og derpå river og flår kød ud af byttedyrets krop med hurtige vrid af hoved og skuldre. Og T-rex har uden tvivl opført sig på samme måde. Se videoen herunder:
http://www.ohio.edu/people/witmerl/Movies/Allosaurus_feeding_WitmerLab_1080x1080.mov

Er han en hun eller omvendt?

Selv om det måske lyder lidt mærkeligt, er det utrolig svært for forskerne at afgøre, om et forstenet dinosaurskelet er fra en han eller hun. Men i 2016 fandt man et T-rex fossil, der indeholdt såkaldt medullære knogler, der findes hos æglæggende fugle og derfor må have tilhørt en hun.

Medullære knogler producerer kalk til at danne æggeskaller, og scanningsstudier af dinosauræg viser også, at moderdinoen placerede sine æg omhyggeligt og udrugede dem nænsomt og varmt.

Har T-rex endelig valgt kulør?

I de seneste år har forskellige forskere ved hjælp af 3D-scanningsudstyr og stærke elektronmikroskoper opdaget, at dinosaurfossiler endnu kan bære spor efter melamosomer altså mikroskopiske farvepigmenter.

Derved er palæontologerne blevet klar over, at visse havlevende øgler som ichthyosauren (hvaløglen) var næsten sort ikke ulig mange hvaler, og at en lille fuglelignende dinosaur havde halefjer med brunlige striber.

Forskere har brugt samme fremgangsmåde i en optisk analyse af et T-rex kranie og har opdaget, at øglen sandsynligvis havde både sorte og brune ansigtspartier og stærke orangerøde farvetoner rundt om øjnene og panden.

Kurmageri og unger gjorde T-rex blød om snuden

Forskere fra universitetet i Southhampton har med brug af ekstra avanceret scannings-teknologi kaldet ”Micro-focus computed tomography” opbygget det hidtil mest nøjagtige 3D-billede af den indvendige kranieopbygning af en rovøgle, der var en slags fætter til T-rex.

Resultatet viste, at disse dyr havde massevis af små porer i kraniet, der førte nerveender ud til huden omkring munden og på snuden og gav dyret stor berøringsfølsomhed, hvilket har hjulpet rovøglerne under både jagt og kurmageri. Dyrene har sandsynligvis både kunnet ”gnide snude” som led i parringslegen og mærke den rette temperatur i æggereden.

Præcise billedanalyser og røntgentomografi har imidlertid også afsløret mange små tandmærker i rovøglers snuder, der antyder, at de også har leveret små kærlighedsbid under parringsoptakten. Samtidig har forskerne dog også påvist længere skrammer, sår og rifter på siden af T-rex kranier, som passer med spark efter store klobesatte fødder. Læsionerne kan være tilføjet af andre rovøgler eller rivaliserende artsfæller, der har kæmpet på samme måde som haner i blodige hanekampe.

Scanningsteknologien Micro-focus computed tomography bruges til at lave nøjagtige 3D-billeder af kranier på dinosaurer.

Havde T-rex noget at skulle have sagt?

I Stephen Spielbergs Jurassic Park-film åbner T-rex gabet og gjalder et brøl, der lyder som en babyelefants vræl i langsom gengivelse blandet med en krokodille og en tiger, for det er netop, hvad lyden er mikset sammen af.

Virkelighedens dinosaurer afgav nok en helt anden musik, for palæontologerne er temmelig overbeviste om, at dinosaurer ikke brølede, men snarere fløjtede, kurrede, kvidrede, trillede, skræppede, kaglede, skreg og sang nøjagtigt som nutidens fugle gør i dag. Måske har de ligefrem kunnet trompetere og trutte små melodier, og det har muligvis både styrket både social adfærd og indbyrdes sammenhold.

Nu forestiller de fleste sig selvfølgelig ikke, at en fuldvoksen T-rex stiller sig op og kagler som en skruk høne, men for at komme den uddøde rovøgles stemme nærmere har professor Julia Clarke fra universitetet i Texas undersøgt dyrets høreorganer via 3D-scanningsbilleder af kraniet, og resultatet viser, at tyrannosaurers høresans var ekstrem skarp og særlig følsom i det dybe toneområde.

Professor Julia Clarke fra universitetet i Texas har undersøgt tyrannosaurers høreorganer via 3D-scanningsbilleder, der røber at T-rex hørte enormt godt og især i det dybe område.

Dermed er det også sandsynligt, at de selv brummede med en dyb buldren, som de frembragte gennem vibrationer i brusk og hals uden at åbne munden. Denne form for lydafgivelse kaldes closed-mouth vocalization og kendes også fra større fugle i dag. Lyden har været dybere, end mange mennesker har kunnet høre og vil overvejende have kunnet føles.

Men da dybe frekvenser høres langt bedre på afstand end høje, er det troligt, at dyrene brugte nærmest subsoniske strubelyde til at kommunikere over vidderne. Den japanske lydekspert Matsumi Suzuki er gået skridtet fuldt ud og har ud fra komplicerede computerberegninger baseret på forskellige både nulevende og uddøde dyrs bruskmasse i strubeområdet fremstillet lydspektrogrammer komplet med alle overtoner.

Og ved at afspille dem med specielt avanceret audiosoftware blev det klart, at T-rex mest sandsynligt ville ytre rungende dybe og gennemtrængende toner af samme klang, som ofte bruges i skrækfilm, og som både mennesker og dyr har en naturlig og medfødt frygt for. Måske med god grund tilbage fra dengang T-rex og andre store rovøgler hærgede landjorden.

Hør den mægtige rovøgles rungende stemme:

https://www.youtube.com/watch?v=cpipaUfcnmM

Men vi kan naturligvis aldrig være helt sikre. Undtagen hvis det skulle ske, at palæontologer en dag som den britiske opfinderkonsulent Brian Wybrow har foreslået, kan hente dinosaurlyde ud af forstenede blade. Wybrow mener, at hvis en bladspids engang for mange millioner år siden har ridset i den lidt voksagtige overflade på et andet blad, kan disse mikroskopiske ridser muligvis rumme dinosaurlyde. Desværre har dr. Wybrow ikke rigtigt selv haft tid til at udvikle teknikken, men han har offentliggjort idéen til fri brug for enhver interesseret.

Bidende hårde fakta

De fleste er nok klar over, at T-rex med sine gevaldige kæber også kunne uddele gevaldige bid. Men præcist hvor kraftigt kunne denne kæmpe bide i forhold til andre dyr? Professor Gregory Erickson fra Florida State University og kollegaen Paul Gignac fra Oklahoma State University har løst problemet ved at anvende computersimulering.

De to forskere satte en trykmåler i gabet på en række forskellige krokodiller, der er slægtninge til de store rovdinosaurer. Den største krokodille bed med en styrke på 1678 kg. Et menneske bider med højst 40 kg. Resultatet brugte de derpå sammen med oplysninger om muskler og anatomi som model for en præcis 3D-gengivelse af et T-rex kranie komplet med underkæbe, bidemuskler og tandsæt, hvorpå de stak en virtuel kraftmåler ind mellem uhyrets tænder.

Først troede forskerholdet ikke deres egne computere, der viste, at en voksen T-rex kunne kvase med en styrke på omkring 3628-5900 kg, hvilket nærmer sig dyrets egen kropsvægt eller vægten af 4-5 biler eller 14 Steinway koncertflygler. Eller 6-7 gange kraftigere end biddet fra fætter Allosaurus.

Det bringer et T-rex bid op nær toppen af alt bidende nogensinde kun overgået af den ligeledes uddøde alligatorlignende Deinosuchus, der målte 14 meter og kunne bide med en styrke på op mod 10.432 kg. Tyrannosaurus rex var derved i stand til at knuse knoglerne i ethvert bytte og nyde godt af marv og andre næringsstoffer, og dens efterladenskaber viser, at den havde en mavesyre, der gjorde den i stand til at fordøje alle benrester.

En voksen T-rex kunne kvase sit bytte med en styrke på ca 3628-5900 kg - det svarer til omkring 4-5 biler.