ग्रह पर रहने वाले कुछ सबसे बड़े डायनासोरों की हड्डियों में हाइड्रॉक्सीपेटाइट नामक खनिज होता है, जो मानव कंकाल, छोटे मेंढकों और हल्के पक्षियों में भी पाया जाता है। विशाल डायनासोरों में ये हड्डियां चलने के दौरान दर्जनों टन और उससे अधिक का भार सहन कर सकती थीं, जिसमें दो पैरों पर खड़े होने जैसी स्थितियां भी शामिल थीं। फिर भी, इन जानवरों की तनाव फ्रैक्चर के लक्षणों वाली जीवाश्म हड्डियों का मिलना दुर्लभ है। यह सवाल उठता है कि यह कैसे संभव है, यह देखते हुए कि जुरासिक काल से लेकर आज तक पृथ्वी की गुरुत्वाकर्षण की स्थिति अपरिवर्तित रही है।
एक नए शोध ने इस जटिल प्रश्न का उत्तर देने के लिए जीवाश्म सरोपोड्स - लंबी गर्दन और पूंछ वाले विशाल शाकाहारी डायनासोरों - के विश्लेषण के माध्यम से जीवाश्म विज्ञानी और भौतिकविदों को एक साथ लाया। परिणामों से पता चला कि हड्डियों का आंतरिक संगठन स्पष्टीकरण का एक हिस्सा है।
इस कार्य के दौरान, विभिन्न प्रजातियों के शरीर के वजन द्वारा हड्डियों पर डाले गए दबाव की गणना की गई और यह स्थापित किया गया कि यह संपीड़न फ्रैक्चर के उद्भव के लिए आवश्यक स्तर से काफी नीचे था। हालांकि, यह सवाल उठा कि यह कैसे हासिल किया गया? लेख के पहले लेखक, टिटो ऑरेलियानो, जो रियो ग्रांडे डो नॉर्टे के संघीय विश्वविद्यालय (UFRN) और कैम्पीनास राज्य विश्वविद्यालय (Unicamp) के शोधकर्ता हैं, ने समझाया: 'उत्तर ऊतकों की व्यवस्था में, हड्डी की सूक्ष्म संरचना की वास्तुकला में होना चाहिए। इसलिए हमने सरोपोड्स की विभिन्न प्रजातियों और व्यक्तियों के पैर के हड्डी के ऊतक विन्यास पर डेटा एकत्र किया ताकि यह अनुमान लगाया जा सके कि पैरों पर पड़ने वाला भार हड्डी के टूटने की सीमा के कितना करीब था।'
विश्लेषणों से पता चला कि जैसे-जैसे प्रजातियों का आकार बढ़ता गया, हड्डी की संरचना बेहतर वजन वितरण और प्रतिरोधकता बढ़ाने वाले लक्षण प्राप्त करती गई, जिससे हड्डियों की मोटाई को लगातार बढ़ाने की आवश्यकता समाप्त हो गई। इस प्रकार, हालांकि कॉर्टिकल मोटाई (हड्डियों की बाहरी परत) में वृद्धि सभी नियोसॉरोपॉड्स में गुरुत्वाकर्षण भार बढ़ने से जुड़ी है, यह शायद मुख्य विकासवादी प्रतिक्रिया नहीं थी।
विभिन्न लाइनों में विभिन्न बायोमैकेनिकल रणनीतियाँ देखी गईं। लेखकों ने उल्लेख किया कि डिप्लोडोकोइड्स (पूंछ जैसी पूंछ वाले सरोपोड डायनासोर) ने द्रव्यमान केंद्र को पीछे बनाए रखा, जो वैकल्पिक रूप से दो पैरों पर खड़े होने की क्षमता के अनुरूप था। वहीं, ब्राचियोसौरिड्स ने गर्दन और अगले अंगों के अतिवृद्धि के माध्यम से इस द्रव्यमान केंद्र को आगे बढ़ा दिया। टाइटानोसॉर समूह ने हड्डियों के द्वितीयक रीमॉडलिंग - एक ऐसी प्रक्रिया जिसमें जानवर के तेजी से विकास के दौरान बने ऊतक को अवशोषित और सघन हड्डी से बदल दिया जाता है - और खोपड़ी के नीचे स्थित कंकाल की हड्डियों में बड़ी संख्या में वायु रिक्तिकाएं (pneumatic cavities) के माध्यम से चरम आकार प्राप्त किया।
ऑरेलियानो ने जोर देकर कहा कि बायोमैकेनिक्स पहले से ही जीवाश्म विज्ञान का एक सुस्थापित क्षेत्र है। उन्होंने जोड़ा: 'हमने इसे पुरा-इतिहास विज्ञान, जीवाश्म ऊतकों के अध्ययन के साथ जोड़ा। हड्डी का ऊतक जैव-खनिजकृत होता है, इसलिए हम हाइगेंटिज्म की घटना की व्याख्या करने वाले मॉडल बनाने के लिए भौतिकी सामग्री के सहयोगियों के साथ काम कर सकते हैं।'
सां कार्लोस इंस्टीट्यूट ऑफ फिजिक्स (IFSC) के प्रोफेसर गिलर्मे एम. सिपाही, जो लेख के सह-लेखक हैं, ने USP जर्नल को बताया: 'हड्डी पूरी तरह से क्रिस्टल नहीं है, लेकिन इसमें अपने घटक में क्रिस्टल होता है।' क्रिस्टल और अर्धचालकों का अध्ययन करने वाले भौतिक विज्ञानी ने टिप्पणी की कि 'मैं जिस क्रिस्टल के साथ काम करता हूं, उसके पास हड्डी में मौजूद क्रिस्टल के समान लोचदार गुण होते हैं।' इसके आधार पर, उन्होंने अनुमान लगाया: 'हो सकता है कि हम इसे अधिक या कम सामान्य दृष्टिकोण से देख सकें, कि इस हड्डी की विफलता सीमा कैसे निर्धारित होती है।' उन्होंने बताया कि उन्होंने अध्ययन के सभी गणनाएँ, गणितीय और भौतिक विश्लेषण, साथ ही संबंधित ग्राफ़ किए हैं।
कुछ जानवरों द्वारा प्राप्त विशाल पैमाने स्वयं विकासवादी विज्ञान के क्षेत्र में कई अन्य अध्ययनों का विषय है, और कुछ परिकल्पनाएं बल प्राप्त करती हैं। टिटो ऑरेलियानो का मानना है कि 'हाइगेंटिज्म शिकारियों और शिकार के बीच विकासवादी दौड़ में चयनात्मक दबाव का जवाब है। कुछ पशु समूहों ने जुरासिक काल से लेकर आज तक विशालकाय रूप ले लिया है।'
उनके विचार में, सबसे बड़ा लाभ सुरक्षा में निहित है: 'एक वयस्क जीव उसी आकार या उससे छोटे शिकारी के हमलों से अधिक सुरक्षित होता है।' हालांकि, विशालकाय जीवन उतना सरल नहीं है जितना लगता है। शुरुआत में बड़े आकार तक पहुंचने के लिए भारी मात्रा में भोजन और पानी की आवश्यकता होती है। 'यह विशाल जानवर पर्यावरण और जलवायु परिवर्तनों के प्रति संवेदनशील हो जाता है। हम विभिन्न अवधियों के जीवाश्मों में देखते हैं कि सबसे बड़े जानवर अचानक पारिस्थितिक आपदाओं में सबसे पहले विलुप्त होते हैं।'
इस क्षेत्र में शोधकर्ताओं को प्रेरित करने वाले प्रश्नों में से एक यह समझना है कि प्रत्येक लाइन विशाल कैसे बनी, खासकर विशाल आकार के लिए शारीरिक अनुकूलन के दृष्टिकोण से। ऑरेलियानो बताते हैं कि गर्दन वाले डायनासोरों के मामले में, वायवीय कंकाल - यानी वायु रिक्तिकाओं के साथ रीढ़ की हड्डी की हड्डियां - मोटी और मजबूत पैरों और एक जोड़ के साथ मिलकर जो चार पैरों पर ऊर्ध्वाधर मुद्रा की अनुमति देता था (सरीसृपों और मगरमच्छों के मुड़े हुए जोड़ के विपरीत), इस लाइन में विशाल जीवों के विकास में सहायक था।
हालांकि, वह इस बात पर जोर देते हैं कि कोई एकल 'विकासवादी नुस्खा' मौजूद नहीं था जिसने विशाल जानवरों के उदय का मार्ग प्रशस्त किया। 'मास्टोडोंट और विशाल स्लॉथ जैसे विशाल स्तनधारियों में विशाल डायनासोरों जैसे टाइटानोसॉर और स्टेगोसॉर की तुलना में विभिन्न अनुकूलन थे। हम उन जैविक समाधानों को समझना चाहते हैं जिन्होंने हमारे ग्रह की गुरुत्वाकर्षण स्थितियों द्वारा लगाए गए यांत्रिक समस्याओं का समाधान किया।'
गिलर्मे सिपाही याद करते हैं कि लेख का मसौदा टिटो ऑरेलियानो के साथ हवाई अड्डे की यात्रा के दौरान हुई एक अनौपचारिक बातचीत के दौरान तैयार हुआ था, जब जीवाश्म विज्ञानी सिपाही द्वारा पर्यवेक्षित विज्ञान लोकप्रियकरण परियोजना Ciência के अतिथि के रूप में साओ पाउलो के सैन कार्लोस गए थे।
भौतिक विज्ञानी के लिए अच्छा विज्ञान वह है जो रचनात्मक रूप से बनाया जाता है। वह कहते हैं: 'यह रचनात्मकता कभी-कभी केवल एक क्षेत्र के साथ बातचीत से आती है, दूसरे क्षेत्र से अवधारणा को अंदर लाने से, भले ही वह सरल हो।' 'जो विचार हमने प्रस्तावित किया है, वह सरल है, लेकिन मुझे ऐसा परिणाम प्रस्तुत करने का अवसर मिला जिसे जीवाश्म विज्ञानी बाद में विश्लेषण कर सकते थे।' उनके विचार में, सबसे अच्छा क्षण तब आता है जब विभिन्न क्षेत्रों के ज्ञान को मिलाकर सोचने का एक अलग तरीका प्राप्त होता है।
टिटो ऑरेलियानो अन्य क्षेत्रों के बीच सहयोग के उदाहरण देते हैं। वह बताते हैं: 'भौतिकी हमें जीवाश्म पदचिह्नों के आधार पर डायनासोर की चलने और दौड़ने की गति की गणना करने, उनके काटने की ताकत, उनके कंकाल की यांत्रिकी को समझने में मदद करती है, और रेडियोधर्मी तत्वों वाले कई जीवाश्म स्थलों के निरपेक्ष डेटिंग में भी मदद करती है। संक्षेप में, कई अनुप्रयोग हैं,' वे बताते हैं, इस बात पर जोर देते हुए कि ज्ञान के अनुशासन कृत्रिम उपविभाग हैं क्योंकि 'ब्रह्मांड अंतःविषय है।'
