معامله تکاملی تی‌رکس؛ چشم‌های کوچک در ازای قدرت آرواره‌ای بیشتر

آرواره‌های قدرتمند تیرانوسوروس رکس با چنان قدرتی به هم می‌رسیدند که می‌توانستند استخوان‌های طعمه را خرد کنند؛ اما پادشاه دایناسورها برای رسیدن به چنین قدرت گزندگی بالایی باید معامله‌ای تکاملی را انجام می‌داد: این معامله داشتن چشم‌های کوچک‌تر در ازای قدرت گزندگی بالا بود. تیرانوسوروس رکس در اواخر دوره‌ی کرتاسه در حدود ۶۵ میلیون سال پیش زندگی می‌کرد. البته تی‌رکس تنها گونه‌ای نبود که چشم‌های کوچکی داشت. دیگر دایناسورهای بزرگ شکارچی هم چشم‌های کوچکی در سرهای بزرگ خود داشتند.

دانشمندان براساس تحلیل ۴۱۰ فسیل گونه‌های خزنده از دوره‌ی مزوزوئیک (۲۵۲ تا ۶۶ میلیون سال پیش)، به این نتیجه رسیدند که تی‌رکس و دیگر گوشتخواران مشابه به مرور زمان با چشم‌های کوچک‌تر و باریک‌تر به تکامل رسیدند. در ازای کوچک‌ شدن چشم‌ها قدرت آرواره‌ها و گزندگی آن‌ها بیشتر شد.

به‌ویژه گوشتخوارهایی با جمجمه‌هایی بیشتر از یک متر، دارای کاسه‌ی چشم کشیده‌تر بودند درحالی‌که گوشتخوارهای جوان‌تر و گیاهخواران در تمام سنین، کاسه‌های چشم دایره‌ای داشتند. به گفته‌ی استفان لاتنشلاجر، دیرینه‌شناس دانشگاه بیرمنگام انگلستان، چشم‌های بزرگ می‌توانند ۱۵ درصد از انرژی متابولیک جاندار را مصرف کنند درنتیجه برای حفظ چشم‌های بزرگ‌تر نیاز به غذای بیشتری دارد که این روند قطعاً بهینه نیست.

بازسازی جمجمه و مدل زنده‌ی تیرانوزوروس رکس با کاسه‌ی چشم و چشم اصلی (سمت چپ) و بازسازی فرضی با کاسه‌ی چشم مدور و چشم‌ بزرگ‌نمایی شده (سمت راست).

به گفته‌ی استیگ والش، مسئول ارشد دیرینه‌شناسی مهره‌داران در موزه‌های ملی اسکاتلند که در این پژوهش هم مشارکتی ندارد:

این رابطه قابل درک است؛ زیرا هرچقدر شکارچی‌ها بیشتر رشد می‌کردند به طعمه‌های بزرگ‌تری رو می‌‌آوردند که نیازمند نیروی گزندگی بیشتری بود.

پژوهش جدید که در تاریخ ۱۱ آگوست در مجله‌ی Communication Biology منتشر شد از این ایده پشتیبانی می‌کند که مغز و اندام‌های حسی مثل چشم‌ها باید متناسب با استراتژی‌های اصلی تغذیه‌ی جانداران تطبیق پیدا کنند. در رابطه با تی‌رکس، استراتژی تغذیه متمرکز بر قدرت گزندگی خردکننده است.

استفن لاتنشلاجر برای پژوهش خود از جمجمه‌‌های دایناسورها و خزندگان دوران مزوزوئیک استفاده کرد. او از میان این جانداران صدها جمجمه‌ را انتخاب کرد که کاسه‌ی چشم آن‌ها تقریباً دست‌نخورده باقی مانده بودند از طرفی صدها جمجمه‌ی ناقص را هم انتخاب کرد که امکان بازسازی کاسه‌ی چشم آن‌ها با دقت بالایی وجود داشت.

جمجمه‌ی دایناسورهای مختلف تغییرات شکل کاسه‌ی چشم را نشان می‌دهد که به شکل خط‌چین کنار جمجمه‌ها نمایش داده‌ شده‌اند.

۴۱۰ جمجمه‌ی انتخابی، طیف وسیعی از گونه‌ها از کروکودیل‌‌سان‌ها تا گیاه‌خوارهای عظیمی مثل تریسراتوپس و تروپودهای گوشتخواری مثل تی‌رکس و تاربوسور باتار یکی از خویشاوندان تیرانوسور را در برمی‌گیرد که دست‌هایی کوچک دارد. لاتنشلاجر با مقایسه‌ی تمام جمجمه‌ها الگوهای متعددی را مشاهده کرد: اغلب موجودات به‌ویژه گیاه‌خوارها کاسه‌های چشم مدوری داشتند. بااین‌حال، با حرکت به سمت دوران مزوزوئیک شکل‌های مدور چشم گوشت‌‌خوارها به سمت شکل‌های بیضی‌شکل و حفره‌کلیدی شکل تمایل پیدا کرد. گونه‌های جوان‌تر برخی گوشت‌خوارها ازجمله تی‌رکس و تی باتار نشان می‌دهند که کاسه‌ی چشم کشیده در دوران بزرگسالی به وجود می‌آید درحالی‌که این گونه‌ها در دوران جوانی کاسه‌های چشم گردتری دارند. والش می‌گوید:

واضح است مجموعه‌ی رشد بسیاری از گونه‌ها را نداریم اما با داده‌هایی که دراختیار داریم به شواهد قوی برای تغییر شکل‌های مرتبط با تغذیه می‌رسیم.

درنتیجه وقتی تی‌رکس جوان به دوران بزرگسالی می‌رسد طعمه‌ی آن هم بزرگ‌تر می‌شود و نیروی گزندگی آن افزایش می‌یابد. جینگمای اوکانر از موزه‌ی فیلد شیکاگو که در این پژوهش هم مشارکتی ندارد، کاملاً درباره‌ی توضیح مبتنی بر غذا قانع نیست و معتقد است اندازه‌ی دایناسور نقش پررنگی‌تری را ایفا می‌کند. او بر این باور است:

اگرکاسه‌ی چشم مدور در جمجمه‌ی مسطح را بردارید و جمجمه‌ را بزرگ‌تر کنید، حفره‌ی چشم بیضی‌شکل خواهد شد؛ و فشار بیومکانیکی و مدل تنشی لاتنشلاجر هم فرض می‌کند که جمجمه یک واحد یکپارچه است که از واقعیت دور است. گرچه این مدل برای مفصل‌ها و ماهیچه‌های اطراف استخوان‌ها پاسخگو نیست، در سطح وسیعی در دیرینه‌شناسی کاربرد دارد زیرا جایگزین خوبی برای آن وجود ندارد.

لاتنشلاجر برای درک تأثیر شکل کاسه‌ی چشم بر توانایی دایناسور برای خرد کردن استخوان‌ها، سه مدل کامپیوتری را ایجاد کرد که هر کدام پیچیده‌تر از قبلی بودند. اولین و ساده‌ترین مدل صفحه‌ی مسطحی بود که شکل‌های مختلف کاسه‌ی چشم روی آن حکاکی شده بودند. لاتنشلاجر در مورد این نمونه می‌گوید: «موقعیت و شکل حفره بر چگونگی توزیع فشار و تغییر شکل چشم‌ها تأثیر می‌گذارند.»

در این تصویر شبیه‌سازی‌های کامپیوتری از جمجمه‌های فرضی دایناسور را مشاهده می‌کنید. رنگ‌ها نشان‌دهنده‌ی فشار جمجمه هستند و فشارهای بالا را در جمجمه‌ای با کاسه‌ی چشم گرد نشان می‌دهند (بالا) درحالی‌که فشار در جمجمه‌ با کاسه‌ی چشم حفره‌کلیدی‌شکل کمتر است (پائین).

آخرین و پیچیده‌ترین مدل، جمجمه‌ی دیجیتالی تی‌رکس بود. تی‌رکس به‌عنوان نمونه‌ای رایج از یک تروپود گوشتخوار بزرگ با حفره‌ی چشمی متمرکز، نمونه‌ی ایده‌آلی برای آزمایش اثر شکل حفره‌ی چشم بر گونه‌های دایناسوری بود. با شبیه‌سازی به دندان گرفتن طعمه، کاسه‌های چشمی که به شکل حفره‌ی کلید بودند کمتر از کاسه‌های چشم مدور تحت تأثیر فرایند گزیدن قرار گرفتند؛ زیرا نیروی گزیدن به سمت استخوان‌های محکم پشت کاسه‌ی چشم هدایت شدند. لاتنشلاجر بر این باور است:

شکل حفره‌ی کلیدی کاسه‌ی چشم، فشار را کاهش می‌دهد و آن را بهتر از نوع مدور هدایت می‌کند. این تطبیق را می‌توان در بسیاری از گوشت‌خوارهای بزرگ گونه‌های مختلف مشاهده کرد. قابلیتی که به صورت مستقل به تکامل رسیده است.

اگر در یک سیر تاریخی متفاوت، چشم تی‌رکس هرگز بیضی‌شکل نمی‌شد و در عوض چشم‌هایی مدور داشت، وزن چشم دایناسور به تنهایی به ۲۰ کیلوگرم می‌رسید و ۳۰ سانتی‌متر را اشغال می‌کرد. درحالی‌که براساس مدل‌ها نوع بیضی‌شکل تنها ۲ کیلوگرم بود و عرض آن به ۱۳ سانتی‌متر می‌رسید. سوخت‌وساز تی‌رکس با چنین اندازه‌ی چشمی قطعاً پرهزینه خواهد بود و با داده‌های مربوط به مغز دایناسور سازگار نیست. به نقل از ولش:

شبکیه‌ی چشم برآمدگی منطقه‌ای از مغز به نام دینسفالون است و براساس داده‌های موجود از تی‌رکس، اندازه‌ی مغز این گونه‌ها در حین رشد متناسب با اندازه‌ی بدنشان نیست.

درنتیجه اگر اندازه‌ی چشم تی‌رکس متناسب با اندازه‌ی کلی جمجمه رشد می‌کرد قطعاً مناطقی از مغز که با بینایی در ارتباط بودند، بیشتر رشد می‌کردند. این نکته‌ی کلیدی نشان می‌دهد با اینکه پژوهش جدید نشانه‌هایی قوی را درباره‌ی اندازه‌ی کلی چشم دایناسورها ارائه می‌دهد، فسیل جمجمه‌‌ها هرگز نمی‌توانند جزئیات آناتومی چشم یا بافت‌های نرم مرتبط مثل اعصاب یا ماهیچه‌ها را نشان دهند. لاتنشلاجر می‌گوید:

اینجا است که به بن‌بست دیرینه‌شناسی می‌رسیم زیرا براساس استخوان‌های فسیل، داده‌های کمی درباره‌ی اندازه‌ی واقعی چشم جانوران داریم. شکل چشم‌ برخی گونه‌های دایناسور مشابه پرندگان امروزی خاص بود. برای مثال جغدها دارای چشم‌های خمره‌ای کشیده هستند و این شکل بر چگونگی برخورد نور به شبکیه‌ی آن‌ها تأثیر می‌گذارد. فعلا نمی‌توانیم شکل دقیق چشم تی‌رکس یا تأثیر آن بر بینایی گونه‌ها را به صورت دقیق شرح دهیم.

فناوری‌ و مدل‌های پیشرفته‌تر اطلاعات جدیدی را درباره‌ی فسیل‌ها افشا می‌کنند و پژوهش‌های آینده می‌توانند تغییرات حفره‌ی چشم با ارتفاع، طول یا عرض جمجمه را بررسی کنند. کاسه‌ی چشم گیاه‌خوارهای بزرگ مدور هستند درحالی‌که همتایان گوشتخوار آن‌ها شکل‌های عجیب‌تری پیدا می‌کنند. پژوهش‌های آینده می‌توانند به تحلیل بیشتر شکل‌های حفره‌ی چشم در گونه‌هایی مثل پرنده‌ها (تنها نوادگان زنده‌ی دایناسورها) و همچنین پستاندارانی با قدرت گزندگی بالاتر بپردازند. به نقل از والش:

شاید پستاندارانی که قدرت گزندگی بالایی دارند به روشی متفاوت با خزندگان به تکامل رسیده باشند.