Dinosauruksen kallo ja purenta

Mitä dinosauruksen kallo kertoo

Pää on dinosauruksen tärkein työkalu. Siinä sijaitsevat aistit, aivot ja ennen kaikkea leuat, jotka ratkaisivat miten eläin söi ja selviytyi. Siksi dinosauruksen kallo on paleontologille kullanarvoinen löytö: se kertoo ruokavaliosta, saalistustavasta, aisteista ja jopa siitä, miten laji oli sukua muille.

Kallot ovat kuitenkin harvinaisia. Ne koostuvat monista ohuista luista, jotka hajoavat helposti ennen fossiloitumista. Kun ehjä pääkallo löytyy, se on usein koko löytöpaikan arvokkain yksittäinen luu. Juuri kallojen perusteella tutkijat ovat selvittäneet esimerkiksi sen, kuinka kovaa Tyrannosaurus rex pystyi puremaan ja miten kasvinsyöjät jauhoivat sitkeää kasvillisuutta.

Maailman voimakkain purema

Tunnetuin esimerkki puremavoimasta on tietysti Tyrannosaurus rex. Vuonna 2012 Karl Bates ja Peter Falkingham mallinsivat sen leuat tietokoneella ja päätyivät hämmästyttävään lukuun: aikuisen yksilön purema takahampailla oli 35 000–57 000 newtonia. Se on voimakkain tunnettu purema yhdelläkään maaeläimellä, elävällä tai kuolleella.

Mittakaavan saa vertaamalla: ihmisen purema on alle 1 000 newtonia, ja nykyajan voimakkaimmin pureva maaeläin, alligaattori, jää selvästi T. rexin alle. T. rexin purema vastasi suunnilleen keskikokoisen norsun painoa kohdistettuna yhteen hampaaseen. Sellaisella voimalla se rouskutti paksuja luita murskaksi — fossiileista löytyy sen jättämiä puremajälkiä jopa toisten dinosaurusten luissa.

Purema myös kasvoi iän myötä. PeerJ-lehdessä 2021 julkaistu tutkimus arvioi, että 13-vuotias nuori T. rex puri noin 5 600 newtonin voimalla — tarpeeksi lävistämään luun, mutta murto-osa aikuisen voimasta. Tämä tukee ajatusta, että nuoret ja aikuiset yksilöt saalistivat eri kokoista riistaa.

Mistä tällainen voima syntyi? Petodinosauruksen leukaa sulkivat massiiviset lihakset, jotka kiinnittyivät kallon takaosan tilaviin aukkoihin. Mitä suuremmat lihakset ja mitä lyhyempi leuka, sitä kovempi purema. T. rexin pää oli rakennettu juuri tähän: leveä, vahvasti luutunut kallo kesti valtavat voimat, joita oman pureman synnyttämä paine sille aiheutti. Monilla petodinosauruksilla leuan rakenne oli kompromissi voiman ja nopeuden välillä.

Hampaat paljastavat ruokavalion

Dinosauruksen kallo ja sen hampaat kertovat lähes aina, mitä eläin söi. Petodinosauruksilla eli teropodeilla oli niin sanottu sahalaitainen hampaisto: litteät, taaksepäin kaartuvat hampaat, joiden leikkaavissa reunoissa oli pieniä sahanteriä muistuttavia hammastuksia. Tätä kutsutaan tieteessä zifodontiaksi.

Sahalaidat tehostivat lihan ja jänteiden leikkaamista. Scientific Reports -lehdessä 2015 julkaistu tutkimus osoitti, että hampaiden sisäinen rakenne piti nämä sahanterät terävinä koko hampaan eliniän. Sama hampaiden perusmalli toistui lähes kaikilla petodinosauruksilla pienestä Coelophysiksesta jättiläismäiseen Carcharodontosaurukseen — se oli yksi syy teropodien menestykseen huippupetoina.

Toisin kuin nisäkkäillä, dinosaurusten hampaat uusiutuivat jatkuvasti läpi elämän. Kulunut tai katkennut hammas korvautui uudella, joten eläin ei koskaan jäänyt ilman puruvälineitä. Tämä matelijoilta peritty ominaisuus selittää, miksi yksittäisiä dinosauruksen hampaita löytyy fossiileina niin runsaasti.

Kasvinsyöjien jauhinkoneet

Kasvinsyöjät ratkaisivat aivan toisen ongelman: sitkeän kasviaineksen jauhamisen. Ankannokkadinosaurukset eli hadrosauridit kehittivät tähän hämmästyttävän rakenteen, jota kutsutaan hammaspatteriksi. Kummassakin leuassa saattoi olla jopa 300 hammasta tiiviisti pinottuna kerroksiksi.

Vuonna 2016 BMC Evolutionary Biology -lehdessä julkaistu tutkimus kuvasi tämän rakenteen selkärankaisten evoluution monimutkaisimmaksi hampaistoksi. Patteri toimi kuin itsestään teroittuva jauhinpinta: vanhat, kuluneet hampaat pysyivät paikallaan jauhamassa, kun uudet kasvoivat jatkuvasti niiden tilalle. Ligamenttiverkosto antoi rakenteelle pientä joustoa.

Miksi kasvinsyöjät tarvitsivat näin monimutkaisia hampaistoja? Kasviaines, etenkin havut, saniaiset ja kortteet, on hankalaa sulattaa. Mitä paremmin ravinto jauhautui suussa, sitä enemmän ravintoa eläin sai irti. Tehokas hammaspatteri oli siis suoraan yhteydessä siihen, miten suureksi ja menestyneeksi laji saattoi kasvaa — yksi syy, miksi ankannokat olivat liitukauden runsaslukuisimpia kasvinsyöjiä.

Sarvinaamat eli ceratopsidit, kuten Triceratops, käyttivät erilaista ratkaisua: niiden suuta hallitsi terävä, papukaijamainen nokka, jolla ne katkaisivat kasveja, ja takana olleet hampaat toimivat saksimaisesti leikaten. Jokainen kasvinsyöjäryhmä löysi siis oman tapansa käsitellä ravintoaan.

Erikoistuneet kuonot eri ravinnolle

Jotkut dinosaurusten kallot olivat äärimmäisen erikoistuneita. Spinosaurus ja sen sukulaiset kehittivät kapean, krokotiilimaisen kuonon, jossa oli noin 64 suoraa, kartiomaista ja sahalaidatonta hammasta. Tällainen hampaisto sopi täydellisesti liukkaiden kalojen pyydystämiseen ja pitelemiseen — Spinosaurus olikin todennäköisesti puoliksi vedessä elänyt kalansyöjä.

Pitkäkaulaiset sauropodit menivät toiseen suuntaan. Diplodocuksella oli pitkä kallo ja edessä noin 40 ohutta, tappimaista hammasta. Niillä se ei pureskellut lainkaan, vaan haravoi lehtiä oksilta yhdellä vetäisyllä. Hampaat kuluivat nopeasti, joten ne vaihtuivat poikkeuksellisen tiuhaan — arviolta noin 35 päivän välein jokainen hammas korvautui uudella.

Nämä esimerkit osoittavat, miten paljon yksi rakenne saattoi vaihdella. Saman peruskallon pohjalta evoluutio muovasi sekä luita murskaavan T. rexin, kaloja onkivan Spinosauruksen että lehtiä haravoivan Diplodocuksen — jokainen omaan elintapaansa täydellisesti sovitettuna.

Liikkuva kallo ja kevyet rakenteet

Monien dinosaurusten kallo ei ollut jäykkä laatikko, vaan siinä oli liikkuvia niveliä. Tätä ilmiötä kutsutaan kraniaaliseksi kinesiaksi: kallon osat saattoivat liikkua suhteessa toisiinsa pureskelun aikana. Kuinka paljon ne todella liikkuivat, on yhä kiistanalaista, ja eri tutkijat ovat esittäneet erilaisia malleja etenkin hadrosauridien osalta.

Kallot olivat usein myös yllättävän kevyitä. Niissä oli suuria aukkoja, niin sanottuja ikkunoita, jotka vähensivät painoa ja antoivat tilaa leukalihaksille. Petodinosauruksen kallossa silmäkuopan edessä oleva iso aukko ja leuan takaosan tilavat ikkunat tekivät päästä kevyen mutta vahvan — täydellinen yhdistelmä voimakkaalle puremalle.

Pää näyttämönä: sarvet, kammet ja kuviot

Kallo ei ollut vain syömisväline, vaan myös viestinnän keskus. Monilla dinosauruksilla pää oli koristeltu sarvilla, kammoilla tai luuhuipuilla, jotka erottuivat kauas. Triceratopsin kolme sarvea ja valtava niskakaulus, hadrosauridien onttot päälakikammet ja Pachycephalosauruksen paksu luukupoli ovat kaikki esimerkkejä tästä.

Tutkijat uskovat, että monet näistä rakenteista palvelivat ensisijaisesti lajitovereiden tunnistamista, kosiskelua ja arvojärjestyksen ratkomista — eivät pelkkää puolustusta. Pää oli siis dinosauruksen käyntikortti, jonka avulla se viesti lajikumppaneilleen kuka ja minkä ikäinen se oli.

Kallo aivojen ja aistien suojana

Kallon tärkein tehtävä oli silti suojata aivoja ja aisteja. Sen sisällä kulkivat hermoradat silmistä, sieraimista ja korvista aivoihin. Petodinosauruksilla silmäkuopat olivat suuret ja usein eteenpäin suunnatut, mikä paransi syvyysnäköä saalistuksessa — sama dinosauruksen kallo paljasti siis myös sen, kuinka eläin näki maailmansa.

Aivojen ja aistien yksityiskohtiin pureudutaan tarkemmin omassa osiossaan, mutta jo kallon muoto kertoo paljon: hajukäämien koko, sisäkorvan rakenne ja silmäkuoppien sijainti ovat kaikki luettavissa luusta. Pää oli näin yhtä aikaa työkalu, suoja ja aistien keskus.

Näin kalloja tutkitaan

Koska lihakset ja nivelet eivät säily fossiileina, tutkijat rekonstruoivat ne dinosaurusten lähimpien elävien sukulaisten, lintujen ja krokotiilien, avulla. Kallo skannataan kolmiulotteiseksi malliksi, jonka päälle lihakset mallinnetaan, ja tietokone laskee kuinka kovaa leuka pystyi puremaan.

Tietokonetomografia eli CT-kuvaus paljastaa myös kallon sisärakenteet: aivokopan, hermokanavat ja ilmaontelot koskematta arvokkaaseen fossiiliin. Näin dinosauruksen kallo kertoo tänään enemmän kuin koskaan — ei vain eläimen ulkonäöstä, vaan siitä miten se eli, söi ja aisti ympäristöään.

Kuuluisin esimerkki on Tyrannosaurus rexin kallot, joita on tutkittu lasertarkkuudella eri museoissa. Yhtä lailla tärkeitä ovat sauropodien harvinaiset kallot: koska ne irtosivat ruumiista helposti kuoleman jälkeen, ehjä pitkäkaulaisen pää on äärimmäisen harvinainen aarre. Jokainen uusi hyvin säilynyt kallo voi muuttaa käsitystämme siitä, miten kokonainen dinosaurusryhmä eli ja söi.