Tyrannosaurier

@techreport{osborn1905tyrannosaurus4,
    author = "Osborn, H. F",
    title = "Tyrannosaurus und andere kreidezeitliche fleischfressende Dinosaurier",
    year = "1905",
    howpublished = "Bulletin of the American Museum of Natural History, v. 21, p. 259-265",
    note = "talkorigins\_source = {true}; raw\_reference = {Osborn, H. F., 1905, Tyrannosaurus und andere kreidezeitliche fleischfressende Dinosaurier: Bulletin of the American Museum of Natural History, v. 21, p. 259-265.}"
}

@techreport{osborn1906tyrannosaurus5,
    author = "Osborn, H. F",
    title = "Tyrannosaurus, Oberkreidefleischfressender Dinosaurier (zweite Mitteilung)",
    year = "1906",
    howpublished = "Bulletin of the American Museum of Natural History, v. 22, p. 281-296",
    note = "talkorigins\_source = {true}; raw\_reference = {Osborn, H. F., 1906, Tyrannosaurus, Oberkreidefleischfressender Dinosaurier (zweite Mitteilung): Bulletin of the American Museum of Natural History, v. 22, p. 281-296.}"
}

@misc{osborn1912crania6,
    author = "Osborn, H. F",
    title = "Crania of Tyrannosaurus und Allosaurus",
    year = "1912",
    howpublished = "American Museum of Natural History Memoirs, v. 1, p. 1-30",
    note = "talkorigins\_source = {true}; raw\_reference = {Osborn, H. F., 1912, Crania of Tyrannosaurus und Allosaurus: American Museum of Natural History Memoirs, v. 1, p. 1-30.}"
}

@article{brown1915tyrannosaurus,
    author = "Brown, Barnum",
    title = "Tyrannosaurus, ein kreidezeitlicher fleischfressender Dinosaurier",
    year = "1915",
    journal = "Scientific American",
    url = "https://doi.org/10.1038/scientificamerican10091915-322",
    doi = "10.1038/scientificamerican10091915-322",
    number = "15",
    pages = "322-323",
    volume = "113"
}

@techreport{osborn1916skeletal7,
    author = "Osborn, H. F",
    title = "Skelettanpassungen von Ornitholestes, Struthiomimus, Tyrannosaurus",
    year = "1916",
    howpublished = "Bulletin of the American Museum of Natural History, v. 35, p. 733-771",
    note = "talkorigins\_source = {true}; raw\_reference = {Osborn, H. F., 1916, Skelettanpassungen von Ornitholestes, Struthiomimus, Tyrannosaurus: Bulletin of the American Museum of Natural History, v. 35, p. 733-771.}"
}

@book{parks1928albertosaurus8,
    author = "Parks, W. A",
    title = "Albertosaurus arctunguis, eine neue Art theropoder Dinosaurier aus der Edmonton-Formation von Alberta",
    year = "1928",
    publisher = "University of Toronto Studies, Geological Series, v. 25, S. 1-42",
    note = "talkorigins_source = {true}; raw_reference = {Parks, W. A., 1928, Albertosaurus arctunguis, eine neue Art theropoder Dinosaurier aus der Edmonton-Formation von Alberta: University of Toronto Studies, Geological Series, v. 25, S. 1-42.}"
}

@article{axelrod1968cretaceous,
    author = "Axelrod, Daniel I. und Bailey, Harry P.",
    title = "Cretaceous Dinosaur Extinction",
    year = "1968",
    journal = "Evolution",
    url = "https://doi.org/10.2307/2406883",
    doi = "10.2307/2406883",
    number = "3",
    pages = "595",
    volume = "22"
}

@article{newman1970stance3,
    author = "Newman, B. H",
    title = "Stance and gait in the flesh-eating dinosaur Tyrannosaurus",
    year = "1970",
    journal = "Biological Journal of the Linnean Society, v. 2; 119-123",
    note = "talkorigins\_source = {true}; raw\_reference = {Newman, B. H., 1970, Stance and gait in the flesh-eating dinosaur Tyrannosaurus: Biological Journal of the Linnean Society, v. 2; 119-123.}"
}

@book{russell1970tyrannosaurs10,
    author = "Russell, D. A",
    title = "Tyrannosaurs from the Late Cretaceous of western Canada",
    year = "1970",
    publisher = "National Museum of Natural Science, Publications in Paleontology, v. 1, p. 1-34",
    note = "talkorigins\_source = {true}; raw\_reference = {Russell, D. A., 1970, Tyrannosaurs from the Late Cretaceous of western Canada: National Museum of Natural Science, Publications in Paleontology, v. 1, p. 1-34.}"
}

@phdthesis{molnar1973the2,
    author = "Molnar, R. E",
    title = "The cranial morphology and mechanics of Tyrannosaurus rex (Reptilia",
    year = "1973",
    publisher = "Saurischia) [PhD dissert.]: University of California at Los Angeles",
    note = "talkorigins\_source = {true}; raw\_reference = {Molnar, R. E., 1973, The cranial morphology and mechanics of Tyrannosaurus rex (Reptilia: Saurischia) [PhD dissert.]: University of California at Los Angeles.}"
}

@misc{perle1977on9,
    author = "Perle, A",
    title = "Über die erste Entdeckung von Alectrosaurus (Tyrannosauridae, Theropoda) aus dem Unterkreide von Mongolei",
    year = "1977",
    howpublished = "Probleme der mongolischen Geologie, v. 1977, S. 104-113; Auf Russisch",
    note = "talkorigins\_source = {true}; raw\_reference = {Perle, A., 1977, Über die erste Entdeckung von Alectrosaurus (Tyrannosauridae, Theropoda) aus dem Unterkreide von Mongolei: Probleme der mongolischen Geologie, v. 1977, S. 104-113; Auf Russisch.}"
}

@article{crossref1979first,
    title = "First Carnivorous Dinosaur Eggs Found",
    year = "1979",
    journal = "Science News",
    url = "https://doi.org/10.2307/3964110",
    doi = "10.2307/3964110",
    number = "10",
    pages = "167",
    volume = "116"
}

@article{chatterjee1985postosuchus1,
    author = "Chatterjee, S",
    title = "Postosuchus, ein neuer thecodontianer Reptil aus dem Trias von Texas und der Ursprung der Tyrannosaurier",
    year = "1985",
    journal = "Philosophical Transactions of the Royal Society, London B, v. 309, p. 395-460",
    note = "talkorigins\_source = {true}; raw\_reference = {Chatterjee, S., 1985, Postosuchus, ein neuer thecodontianer Reptil aus dem Trias von Texas und der Ursprung der Tyrannosaurier: Philosophical Transactions of the Royal Society, London B, v. 309, p. 395-460.}"
}

„Obwohl ich in meiner eigenen Forschung zu Fischen viel mit Fossilien arbeite, möchte ich nicht als Paläontologe bezeichnet werden; und ich bin von vielen Aspekten des Public-Relations-Trubels um die Paläontologie, insbesondere um Dinosaurier, abgeschreckt…. Man könnte leicht argumentieren, dass die Schulen' Faszination für Dinosaurier auch andere Aspekte der Erd- und Biowissenschaften beeinträchtigen könnte und am Ende das Image der Paläontologie als eine Aktivität für hartgesottene Erwachsene schwächen würde." K.S. Thomson, 1985: S. 73 „Lasst die Dinosaurier Dinosaurier sein. Lasst die Dinosauria stolz und allein stehen, eine Klasse für sich. Sie verdienen es. Und lasst uns der Dinosaurierhaftigkeit der Vögel und der Vogelhaftigkeit der Dinosauria klar ins Auge sehen. Wenn die Kanadagänse nach Norden hin honken, können wir sagen: „Die Dinosaurier wandern, es muss Frühling sein!" R.T. Bakker, 1986: S. 462 Es ist eine nun oft wiederholte Aussage, dass wir in der zweiten goldenen Ära der Dinosaurierforschung sind. Dies mag auf den ersten Blick wie eine weitere Übertreibung von Dinosaurier-Fanatikern erscheinen; in der Tat wird dies an mehreren Fronten bestätigt. Die Forschungsaktivität ist sicherlich auf einem historischen Hoch, mit ansässigen Dinosaurier-Forschern auf jedem Kontinent (außer Antarktika) und Dinosauriern, die von jedem Kontinent bekannt sind (einschließlich Antarktika). Diese Aktivität hat zu einer Flut von Entdeckungen geführt, einschließlich nicht nur neuer Gattungen und Arten, sondern ganz neuer Arten von Dinosauriern, wie den Segnosauriern. Gut bekannte Gruppen produzieren Überraschungen, wie gepanzerte Sauropoden und Sauropoden mit Schwanzkeulen. Gute Exemplare zuvor benannter Gattungen offenbaren unerwartete strukturelle Merkmale, die fast jede Erklärung widerlegen, wie im Schädel von Oviraptor. Allerdings erstrecken sich Dinosaurierstudien weit über den traditionellen Schwerpunkt auf Dinosauriermorphologie hinaus und umfassen Paläobiogeographie, Paläoökologie, Taphonomie, Physiologie, Spuren, Eier, Histologie und Aussterben, unter anderem. In einigen Fällen können mehrere dieser Studien auf ein einzelnes Taxon oder eine Lokalität angewendet werden, um uns ein ziemlich detailliertes Verständnis der Paläobiologie einiger Arten zu geben.

@article{chure1989quo,
    author = "Chure, Daniel J.",
    title = "Quo Vadis Tyrannosaurus?: The Future of Dinosaur Studies",
    year = "1989",
    journal = "Short Courses in Paleontology",
    abstract = "„Obwohl ich in meiner eigenen Forschung zu Fischen viel mit Fossilien arbeite, möchte ich nicht als Paläontologe bezeichnet werden; und ich bin von vielen Aspekten des Public-Relations-Trubels um die Paläontologie, insbesondere um Dinosaurier, abgeschreckt…. Man könnte leicht argumentieren, dass die Schulen' Faszination für Dinosaurier auch andere Aspekte der Erd- und Biowissenschaften beeinträchtigen könnte und am Ende das Image der Paläontologie als eine Aktivität für hartgesottene Erwachsene schwächen würde." K.S. Thomson, 1985: S. 73 „Lasst die Dinosaurier Dinosaurier sein. Lasst die Dinosauria stolz und allein stehen, eine Klasse für sich. Sie verdienen es. Und lasst uns der Dinosaurierhaftigkeit der Vögel und der Vogelhaftigkeit der Dinosauria klar ins Auge sehen. Wenn die Kanadagänse nach Norden hin honken, können wir sagen: „Die Dinosaurier wandern, es muss Frühling sein!" R.T. Bakker, 1986: S. 462 Es ist eine nun oft wiederholte Aussage, dass wir in der zweiten goldenen Ära der Dinosaurierforschung sind. Dies mag auf den ersten Blick wie eine weitere Übertreibung von Dinosaurier-Fanatikern erscheinen; in der Tat wird dies an mehreren Fronten bestätigt. Die Forschungsaktivität ist sicherlich auf einem historischen Hoch, mit ansässigen Dinosaurier-Forschern auf jedem Kontinent (außer Antarktika) und Dinosauriern, die von jedem Kontinent bekannt sind (einschließlich Antarktika). Diese Aktivität hat zu einer Flut von Entdeckungen geführt, einschließlich nicht nur neuer Gattungen und Arten, sondern ganz neuer Arten von Dinosauriern, wie den Segnosauriern. Gut bekannte Gruppen produzieren Überraschungen, wie gepanzerte Sauropoden und Sauropoden mit Schwanzkeulen. Gute Exemplare zuvor benannter Gattungen offenbaren unerwartete strukturelle Merkmale, die fast jede Erklärung widerlegen, wie im Schädel von Oviraptor. Allerdings erstrecken sich Dinosaurierstudien weit über den traditionellen Schwerpunkt auf Dinosauriermorphologie hinaus und umfassen Paläobiogeographie, Paläoökologie, Taphonomie, Physiologie, Spuren, Eier, Histologie und Aussterben, unter anderem. In einigen Fällen können mehrere dieser Studien auf ein einzelnes Taxon oder eine Lokalität angewendet werden, um uns ein ziemlich detailliertes Verständnis der Paläobiologie einiger Arten zu geben.",
    url = "https://doi.org/10.1017/s2475263000000957",
    doi = "10.1017/s2475263000000957",
    pages = "175-183",
    volume = "2"
}

@article{coria1995a,
    author = "Coria, Rodolfo A. und Salgado, Leonardo",
    title = "Ein neuer riesiger fleischfressender Dinosaurier aus dem Kreidezeit von Patagonien",
    year = "1995",
    journal = "Nature",
    url = "https://doi.org/10.1038/377224a0",
    doi = "10.1038/377224a0",
    number = "6546",
    pages = "224-226",
    volume = "377"
}

@article{canale2009new,
    author = "Canale, Juan I. und Scanferla, Carlos A. und Agnolin, Federico L. und Novas, Fernando E.",
    title = "New carnivorous dinosaur from the Late Cretaceous of NW Patagonia and the evolution of abelisaurid theropods",
    year = "2009",
    journal = "Naturwissenschaften",
    url = "https://doi.org/10.1007/s00114-008-0487-4",
    doi = "10.1007/s00114-008-0487-4",
    number = "3",
    pages = "409-414",
    volume = "96"
}

Tyrannosaurier – die bekannte Gruppe von fleischfressenden Dinosauriern, zu der Tyrannosaurus und Albertosaurus gehören – waren die Spitzenprädatoren in den kontinentalen Ökosystemen Asiens und Nordamerikas während des späten Kreidezeits (ca. 80-66 Millionen Jahre vor unserer Zeit). Ihre kolossalen Größen und scharfen Sinne gelten als Schlüssel zu ihrem evolutionären und ökologischen Erfolg, doch wenig ist darüber bekannt, wie sich diese Merkmale entwickelten, als Tyrannosaurier von kleineren basal Tyrannosauroiden abstammten, die erstmals im Fossilbericht des mittleren Jura (ca. 170 Millionen Jahre vor unserer Zeit) auftauchten. Dies liegt größtenteils an einem frustrierenden Lücken von über 20 Millionen Jahren im Fossilbericht des mittleren Kreidezeits, in dem Tyrannosauroiden von kleinen Jägern zu riesigen Spitzenprädatoren übergingen, von denen jedoch keine diagnostischen Exemplare bekannt sind. Wir beschreiben die erste eindeutige Tyrannosauroid-Art aus dieser Lücke, basierend auf einem stark abgeleitten Schädeldach und einer Vielzahl anderer Skelettelemente aus dem Turonium (ca. 90-92 Millionen Jahre vor unserer Zeit) von Usbekistan. Dieses Taxon ist phylogenetisch intermediär zwischen den ältesten basal Tyrannosauroiden und den spätesten Kreidezeit-Formen. Es hatte noch nicht die riesige Größe und die ausgedehnte Schädel-Pneumatik von T. rex und Verwandten entwickelt, besitzt jedoch das stark abgeleitete Gehirn und das Innenohr, das charakteristisch für die spätesten Kreidezeit-Arten ist. Tyrannosauroiden entwickelten offensichtlich riesige Größen schnell während des späten Kreidezeits, und ihr Erfolg in der Rolle des Spitzenprädatoren wurde möglicherweise durch ihr Gehirn und ihre scharfen Sinne ermöglicht, die zuerst bei kleinerer Körpergröße evolvierten.

@article{doi101073pnas1600140113,
    author = "Brusatte, Stephen L und Averianov, Alexander und Sues, Hans-Dieter und Muir, Amy und Butler, Ian B",
    title = "Neuer Tyrannosaurier aus dem mittleren Kreidezeit von Usbekistan klärt die Evolution riesiger Körpergrößen und fortschrittlicher Sinne bei Tyrannosauriern.",
    year = "2016",
    journal = "Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America",
    abstract = "Tyrannosaurier – die bekannte Gruppe von fleischfressenden Dinosauriern, zu der Tyrannosaurus und Albertosaurus gehören – waren die Spitzenprädatoren in den kontinentalen Ökosystemen Asiens und Nordamerikas während des späten Kreidezeits (ca. 80-66 Millionen Jahre vor unserer Zeit). Ihre kolossalen Größen und scharfen Sinne gelten als Schlüssel zu ihrem evolutionären und ökologischen Erfolg, doch wenig ist darüber bekannt, wie sich diese Merkmale entwickelten, als Tyrannosaurier von kleineren basal Tyrannosauroiden abstammten, die erstmals im Fossilbericht des mittleren Jura (ca. 170 Millionen Jahre vor unserer Zeit) auftauchten. Dies liegt größtenteils an einem frustrierenden Lücken von über 20 Millionen Jahren im Fossilbericht des mittleren Kreidezeits, in dem Tyrannosauroiden von kleinen Jägern zu riesigen Spitzenprädatoren übergingen, von denen jedoch keine diagnostischen Exemplare bekannt sind. Wir beschreiben die erste eindeutige Tyrannosauroid-Art aus dieser Lücke, basierend auf einem stark abgeleiteten Schädeldach und einer Vielzahl anderer Skelettelemente aus dem Turonium (ca. 90-92 Millionen Jahre vor unserer Zeit) von Usbekistan. Dieses Taxon ist phylogenetisch intermediär zwischen den ältesten basal Tyrannosauroiden und den spätesten Kreidezeit-Formen. Es hatte noch nicht die riesige Größe und die ausgedehnte Schädel-Pneumatik von T. rex und Verwandten entwickelt, besitzt jedoch das stark abgeleitete Gehirn und das Innenohr, das charakteristisch für die spätesten Kreidezeit-Arten ist. Tyrannosauroiden entwickelten offensichtlich riesige Größen schnell während des späten Kreidezeits, und ihr Erfolg in der Rolle des Spitzenprädatoren wurde möglicherweise durch ihr Gehirn und ihre scharfen Sinne ermöglicht, die zuerst bei kleinerer Körpergröße evolvierten.",
    url = "https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC4822578/",
    doi = "10.1073/pnas.1600140113",
    pmcid = "PMC4822578",
    pmid = "26976562"
}

Nach der Veröffentlichung seiner Entdeckung aus der berühmten Hell Creek Formation (HCF) im Jahr 1905 wurde der fleischfressende Dinosaurier Tyrannosaurus rex (1) mit intensivem wissenschaftlichen Interesse und öffentlicher Beliebtheit begrüßt, die bis heute bestehen (2). Zahlreiche Hypothesen zur Biologie und zum Verhalten von T. rex resultieren aus jahrzehntelanger Forschung, die sich primär auf die Skelettmorphologie und Biomechanik konzentrierte [z. B. (3) und dortige Referenzen]. Erst innerhalb der letzten 15 Jahre wurde die Knochenhistologie angewendet, um Aspekte der Lebensgeschichte von T. rex zu untersuchen, die sich aus makroskopischen Untersuchungen nicht erschließen lassen, und Fragen zur ontogenetischen Altersbestimmung, Wachstumsrate, Skelettreife und Geschlechtsreife zu beantworten. Im Jahr 2004 bewerteten zwei Teams unabhängig voneinander die Wachstumsdynamik von T. rex unter Verwendung der Osteohistologie. Ihre Ergebnisse deuten darauf hin, dass T. rex im Vergleich zu anderen Tyrannosauriden eine beschleunigte Wachstumsrate aufwies und die erwachsene Größe in etwa zwei Jahrzehnten erreichte (4, 5). Die Teams konzentrierten sich auf Wachstumscurven, anstatt detaillierte Analysen oder Interpretationen der Mikrostrukturen des Knochengewebes vorzunehmen. Die Osteohistologie ist jedoch entscheidend, um eine Basislinie zu etablieren, anhand derer Skelettreife und Wachstumsveränderungen in der kortikalen Morphologie, die mit Lebensereignissen in dieser Taxa zusammenhängen, getestet werden können. Die Identifizierung des Zeitpunkts der Wachstumsbeschleunigung und die empirische Quantifizierung der Wachstumsraten von juvenilen T. rex sind von besonderer Bedeutung, da das juvenile Wachstumsprotokoll bei älteren Individuen aufgrund von Knochenumbau und Resorption verloren geht (4, 5). Hier untersuchen wir die Knochenmikrostruktur von Femur und Tibia bei zwei Tyrannosaurier-Skeletten mit umstrittener taxonomischer Stellung, die aus der HCF geborgen wurden: BMRP (Burpee Museum of Natural History) 2002.4.1, ein weitgehend vollständiges Exemplar, bestehend aus fast dem gesamten Schädel und erheblichem postkranialen Material, und BMRP 2006.4.4, ein fragmentarischeres Exemplar. Wir schätzen diese Exemplare auf 54 bzw. 59 % der Körperlänge von FMNH (Field Museum of Natural History) PR 2081 („Sue\") (6, 7), einem der größten bekannten T. rex. Das ontogenetische Alter von BMRP 2002.4.1 wurde zuvor von Erickson (8) basierend auf der Fibula-Osteohistologie als 11 Jahre angegeben. Da die Fibula jedoch langsamer wächst als das gewichtstragende Femur und die Tibia, spiegelt sie jährliche Zunahmen der Körpergröße oder der relativen Skelettreife nicht so genau wider [z. B. (9)]. Wir verwenden Femur- und Tibia-Daten, um (i) detaillierte vergleichende intra- und interskelettale histologische Beschreibungen zu liefern, (ii) das ontogenetische Alter und die relative Skelettreife dieser Exemplare zu quantifizieren und (iii) eine empirische Beobachtung der jährlichen Wachstumsrate zu ermöglichen, mit Schwerpunkt auf der Variabilität während der Lebensgeschichte von Tyrannosauriern (10). Darüber hinaus präsentieren wir durch die histologische Quantifizierung des ontogenetischen Alters von BMRP 2002.4.1 und BMRP 2006.4.4 und die Inferenz der Skelettreife neue Daten, die verwendet werden können, um konkurrierende taxonomische Hypothesen bezüglich dieser und anderer mittelgroßer Tyrannosaurier-Exemplare, die in der HCF entdeckt wurden, zu bewerten, insbesondere ob BMRP 2002.4.1 (und stellvertretend andere Exemplare) eine erwachsene „pygmäische" Gattung von Tyrannosauriden, „Nanotyrannus", darstellt. ERGEBNISSE Für detaillierte, orientierungsspezifische histologische Beschreibungen verweisen Sie auf die Zusatzmaterialien. Im Allgemeinen können die kortikalen Knochen von Femur und Tibia von BMRP 2002.4.1 und BMRP 2006.4.4 als ein gewebt-paralleles Komplex klassifiziert werden. Vaskularität und Osteozyten-Lacunendichte sind durchgehend einheitlich hoch (Abb. 1 und 2). In den Femora sind die primären und sekundären Osteone, die die Gefäßkanäle umgeben, in der Querschnittsfläche häufig isotrop (Abb. 1, A und B) und anisotrop in der Längsschnittsfläche (Abb. 1C). Auch in der Querschnittsfläche zeigt das primäre Gewebe des Femurs regionale moderate Anisotropie und lokale schwache Anisotropie, was einer lockeren Anordnung von mineralisierten Fasern in paralleler Ausrichtung entspricht (z. B. Abb. 1, A und B, und Abb. S3B). 1 Abteilung für Anatomie und Zellbiologie, Oklahoma State University Center for Health Sciences, 1111 W.17th St., Tulsa, OK 74104, USA. 2 Abteilung für Erdwissenschaften, Montana State University, P.O. Box 173480, Bozeman, MT 59717, USA. 3 Museum of the Rockies, Montana State University, 600 W.Kagy Blvd., Bozeman, MT 59717, USA. 4 Paläontologie, North Carolina Museum of Natural Sciences, 11 W. Jones St., Raleigh, NC 27601, USA. 5 Abteilung für Biowissenschaften, North Carolina State University, 3510 Thomas Hall, Campus Box 7614, Raleigh, NC 2769, USA. 6 Chapman University, 1 University Dr., Orange, CA 92866, USA. 7 Intellectual Ventures, 3150 139th Avenue Southeast, Bellevue, WA 98005, USA. *Korrespondierender Autor. E-Mail: holly.ballard@okstate.edu, holly.n.woodward@ gmail.com In der Querschnittsfläche der Tibia von BMRP 2002.4.1 (Abb. 2A und Abb. S4) sind longitudinale primäre Osteone in zirkular polarisiertem Licht (CPL) isotrop, während Fasern primärer Osteone, die lamellare, zirkulare und plexiforme Gefäßkanäle umgeben, anisotrop sind. Im Gegensatz dazu sind primäre Osteone in der Tibia von BMRP 2006.4.4 häufig isotrop, unabhängig von der Ausrichtung der Gefäßkanäle. Aufgrund des proximalen Abtaststandorts unterscheidet sich die kortikale Form der Tibia von BMRP 2006.4.4 in der Querschnittsfläche von der von BMRP 2002.4.1 und beinhaltet den fibularen Kamm auf der lateralen Seite (Abb. S2D und S8, A und F). Hochvaskularisiertes retikuläres gewebtes Gewebe ist auf den anterioren und anterolateralen periostalen Oberflächen vorhanden (Abb. 2C). Bei beiden Individuen befindet sich die dickste Tibia-Kortex anterior. Besonders erwähnenswert ist, dass innerhalb der Markhöhle von Femur und Tibia von BMRP 2006.4.4 isotropes, vaskularisiertes primäres Gewebe durch eine lamelläre endostale Schicht vom Kortex getrennt ist. Diese Merkmale sind morphologisch mit Markknochen konsistent (11); jedoch sind zusätzliche Studien zur systemischen Natur dieses Gewebes in BMRP 2006.4.4 sowie biochemische Tests an diesem Gewebe notwendig, um diese Hypothese zu testen.Zyklische Wachstumsmarkierungen (CGMs), die in transversalen dünnen Schnitten Baumringen ähneln, wurden in den Femora und Tibia beider BMRP-Proben beobachtet. Studien an lebenden Wirbeltieren zeigen, dass CGMs aus kurzen Unterbrechungen der Osteogenese resultieren, die mit jährlicher Periodizität auftreten und typischerweise mit dem Nadir (12) übereinstimmen. Die jährlichen Pausen in der Knochenanlagerung werden in der kortikalen Mikrostruktur als CGMs entweder als ausgeprägte Linien des Wachstumsstillstands (LAGs) oder als diffuse Ringringe aufgezeichnet. Auf der Grundlage der Zählung von CGMs war BMRP 2002.4.1 zum Zeitpunkt des Todes mindestens 13 Jahre alt (13 CGMs im Femur und 10 CGMs in der Tibia), und BMRP 2006.4.4 war zum Zeitpunkt des Todes mindestens 15 Jahre alt (15 CGMs im Femur und 13 bis 18 CGMs in der Tibia). Typischerweise zeigen kortikale Bereiche langer Knochen von Wirbeltieren bei jungen Tieren weitläufig verteilte CGMs innerhalb des Kortex, was einer hohen jährlichen Osteogenese entspricht. Bei Subadulten werden CGMs enger beieinander, da die Osteogenese mit dem Annähern an die erwachsene Größe abnimmt [z. B. (10)]. Im Gegensatz zu diesen häufig beobachteten Mustern war die Verteilung der CGMs im gesamten Femur- und Tibiakortex beider BMRP-Proben unerwartet variabel. Im Femur von BMRP 2006.4.4 befindet sich ein Ring an der periostalen Oberfläche auf der medialen Seite (Abb. 1D), doch wenn dieser nach hinten verfolgt wird, liegt der Ring innerhalb des äußeren Kortex, während fibrolamellares Gewebe den Kortex der periostalen Oberfläche bildet (Abb. 1E). Im innersten Kortex auf der anterolateralen Seite sind sechs LAGs eng beieinander (Abb. 2D). Aufgrund von Resorption durch den medullären Drift fehlen diese LAGs im innersten Kortex der hinteren und lateralen Seiten. Prondvai et al. (13) zeigten, dass ungenaue Interpretationen der Knochenmikrostruktur möglich sind, wenn das mineralisierte Gewebe nur in einer einzigen Ebene beobachtet wird; spezifisch könnte die langsamer gebildete parallele Faseranordnung für die schnell abgelagerte gewebte Faseranordnung gehalten werden, was direkte Auswirkungen auf die Interpretationen der Wachstumsraten hat. Daher wurde das Femur von BMRP 2006.4.4 in einer anterolateral-posteromedialen Ebene longitudinal geschnitten, und die Tibia von BMRP 2002.4.1 wurde in einer medial-lateralen Ebene geschnitten, um die Gewebeorganisation und die damit verbundenen relativen Wachstumsraten genau zu bewerten (Abb. 1C und 2B, sowie Abb. S2, B und C, S5 und S7). Im Femur von BMRP 2006.4.4 sind die Gefäßkanäle parallel zur Schnittebene und zur Schaftachse des langen Knochens angeordnet. Neben den Gefäßkanälen sind die Knochenfasern in CPL stark anisotrop und enthalten Osteozytenlücken mit langen Achsen, die parallel zu den Gefäßkanälen und der Schnittebene angeordnet sind. Das Gewebe der Lamellen zwischen den primären Osteonen variiert lokal im Grad der Isotropie, was einer entsprechenden variablen Form der Osteozytenlücken entspricht. Auf der medialen Seite des longitudinalen Schnittes durch die Tibia von BMRP 2002.4.1 sind die Gefäßkanäle schräg angeordnet mit zahlreichen Kommunikationen (Abb. S5B). Von der Mitte bis zum äußeren Kortex sind die Gefäßkanäle einheitlicher parallel zur Knochenachse, mit weniger transversalen Volkmann-Kanälen (Abb. S5C). Neben den Gefäßkanälen sind die Fasern der primären Osteonen in CPL anisotrop mit längs abgeflachten Osteozytenlücken. Fasern innerhalb der primären Lamellen variieren lokal in Isotropie und Orientierung der Osteozytenlücke (Abb. 2B). Der laterale Kortex ist dünner als der mediale Kortex, und die Gefäßkanäle sind enger beieinander mit weniger kommunizierenden Kanälen (Abb. S5D). DISKUSSION Röhrenknochen zeigen moderate Wachstumsraten und Zugbelastung Der Vergleich der Knochenfaserorganisation von BMRP 2002.4.1 und BMRP 2006.4.4 in transversalen und longitudinalen Schnitten unter Verwendung von CPL bestätigt, dass primäres Gewebe im Allgemeinen schlecht organisierte parallele Fasern bis zu schwach gewebten Strukturen aufweist. Dichte Osteozytenlücken und schlechte Knochenfaserorganisation, in Kombination mit einem reichen Gefäßnetzwerk aus retikulären, lamellären und plexiformen primären Osteonen, sind Merkmale, die empirisch einer erhöhten Osteogenese von 5 bis 90 μm/Tag entsprechen (10). Dennoch deutet die Häufigkeit der longitudinalen Vaskularität sowie die regional vorherrschenden schlecht organisierten parallelen Faserbündel innerhalb der transversalen Schnitte darauf hin, dass die jährlichen Wachstumsraten näher an der unteren Grenze lagen (10). Die BMRP-Individuen erlebten jedoch gelegentlich Perioden schnelleren Wachstums, wie durch Bereiche isotroper gewebter Lamellen mit retikulärer Vaskularität angezeigt wird (z. B. Abb. 1E und 2C, sowie Abb. S6D und S8, C und D) (10). Bei beiden BMRP-Proben waren die Mehrheit der primären Osteonen sowie einige sekundäre Osteonen im transversalen Schnitt isotrop. Die entsprechende Anisotropie in der longitudinalen Untersuchung bestätigt, dass die Faserbündel innerhalb der Osteonen längs angeordnet sind (Abb. 1C und 2B, sowie Abb. S5, B bis D). Studien zur Reaktion langer Knochen auf Belastungen zeigen, dass die longitudinale Kollagenfaserorientierung innerhalb sekundärer Osteonen häufig in habitual zugbelasteten Regionen gefunden wird (14), was möglicherweise auch auf die Kollagenfaserorientierung primärer Osteonen zutrifft. In diesem Sinne könnten zukünftige Studien zur biomechanischen Lokomotion von Tyrannosauriden von der Einbeziehung der Osteohistologie profitieren. Relative SkelettreifeStatt eines externen grundlegenden Systems (EFS) (Abb. 3) erstreckt sich ein gewebtes paralleles Komplex in beiden Tyrannosauriden-Spezimen bis zur Periostoberfläche. Daher unterstützt die Histologie morphologische Beobachtungen, wonach BMRP 2002.4.1 und BMRP 2006.4.4 skelettal unreife Individuen zum Zeitpunkt des Todes waren (10). Anstelle der Epiphysenfugenfusion, die die meisten Reptilienspezies nicht aufweisen, ist ein EFS der einzige Weg, um den Erwerb der asymptotischen adulten Körpergröße aus den langen Knochen eines Wirbeltiers abschließend zu bestätigen. Wenn vorhanden, besetzt der EFS die Periostoberfläche entweder als eng beieinander liegende LAGs (durch Mikrometer getrennt) (Abb. 3A) oder als einen dicken, primär avaskulären Ring (Abb. 3B) (10). CGMs in unmittelbarer Nähe der Periostoberfläche können manchmal mit einem EFS verwechselt werden. Im Fall von BMRP 2006.4.4 ist ein Ring an der Periostoberfläche sowohl des Femurs (Abb. 1D) als auch des Tibias (Abb. S8E) vorhanden, aber wenn der Ring entlang des Kortex verfolgt wird, wird er in beiden Fällen in den äußeren Kortex eingebettet und durch gewebtes Primärmaterial ersetzt (Abb. 1E und 2C). Die Nähe des Rings zur Periostoberfläche deutet stattdessen darauf hin, dass BMRP 2006.4.4 kurz nach dem Wiederaufnahme des Wachstums nach dem jährlichen Hiatus starb und dass die kortikale Osteogenese gerichtet war. Ontogenetisches Alter Auf der Grundlage der Femur-CGM-Zählung war BMRP 2002.4.1 zum Zeitpunkt des Todes >13 Jahre alt, was zwei Jahre älter ist als die ursprüngliche Schätzung von Erickson (8) basierend auf der Fibula-CGM-Zählung. Das etwas größere BMRP 2006.4.4 war >15 Jahre alt. Die Anzahl der aufgrund der medullären Expansion fehlenden CGMs ist unbekannt, was eine genaue Altersbestimmung zum Zeitpunkt des Todes für BMRP 2002.4.1 und BMRP 2006.4.4 unmöglich macht. Obwohl die Anzahl der fehlenden CGMs auf der Grundlage der innersten zonalen Dicken und eines Prozesses der Rückrechnung [z. B. (5, 10)] vorhergesagt werden könnte, macht die variable Distanz zwischen den CGMs, die bei BMRP 2002.4.1 und BMRP 2006.4.4 sowie anderen Tyrannosauriden beobachtet wurde (15), die Technik in diesem Fall unzuverlässig, und sie wurde nicht versucht. Im innersten Kortex von BMRP 2006.4.4 gibt es eine enge Stapelung von sechs CGMs (Abb. 2D). Da die CGMs parallel um den Kortex verlaufen und nicht verschmelzen, stellen sie entweder einen einzelnen Hiatus dar, in dem das Wachstum wiederholt aufhörte und wieder aufnahm (insgesamt 13 Jahre Wachstum), oder bis zu 6 Jahre, in denen relativ wenig Wachstum jährlich stattfand (insgesamt bis zu 18 Jahre Wachstum) (9, 16). Diese enge Stapelung von sechs CGMs wird im Femur von BMRP 2006.4.4 nicht beobachtet, der 15 CGMs konserviert. Die CGM-Zählung aus dem partiellen Tibia von BMRP 2006.4.4 ist zweifelhaft, da die proximale Probenahme außerhalb des Schaftmittelpunkts den Fibulakamm einbezieht, was mit verbundenen Bereichen der Remodellierung und gerichteten Wachstums beeinflusst, die die Appositionsinterpretationen beeinträchtigen. Aufgrund dessen und ihres Fehlens im Femur wird die beobachtete Gruppierung von sechs CGMs konservativ als ein einzelnes Hiatus-Ereignis interpretiert. Ähnliche Fälle eines einzelnen Hiatus, dargestellt durch eng beieinander liegende LAGs, werden bei anderen Tyrannosauriden berichtet (15). Wenn diese Gruppierung von CGMs stattdessen 6 Jahre lang anhaltendes Wachstum darstellt, dann demonstriert BMRP 2006.4.4 den Grad, zu dem diese Individuen die Wachstumsrate basierend auf der Ressourcenverfügbarkeit anpassen konnten, in diesem Fall die Verlängerung der ontogenetischen Dauer von BMRP 2006.4.4 als mittelgroßen Fleischfresser. Die Knochengewebsorganisation war über Femora und Tibiae hinweg ähnlich, was darauf hindeutet, dass beide Knochen jährliche Größensteigerungen gleich gut erfassen. Wenn die gestapelten CGMs von BMRP 2006.4.4 einen einzelnen Hiatus widerspiegeln, dann konserviert jeder Femur mehr CGMs als der zugehörige Tibia. Vorherige Studien zeigten, dass intrasklettale Inkonsistenzen in CGM-Zählungen auf variable Raten der medullären Hohlraumexpansion oder kortikale Drift über Elemente hinweg (9, 17, 18) zurückzuführen sind, wenn sie am Schaftmittelpunkt entnommen werden. Daher schlägt unsere vorläufige Bewertung der T. rex intrasklettalen Histologie vor, dass das Femur informativer ist als der Tibia, trotz Bereichen der kortikalen Remodellierung durch sehnige Enthesen um den Kortex. Zusätzliche intrasklettale histoanalytische Untersuchungen von Tyrannosauriden-Spezimen sind notwendig, um zu testen, ob das Femur der bevorzugte belastende Knochen für gleichzeitige Bewertungen von jährlichen Wachstumsraten und Skelettochronologie ist. Zusätzlich zur ontogenetischen zonalen Dickenvariabilität innerhalb des Kortex änderte sich die zonale Dicke auch in Bezug auf die kortikale Orientierung. Das heißt, Zonen waren oft auf einer Seite des Querschnitts viel dünner relativ zueinander und auf einer anderen Seite viel dicker (z. B. Abb. S4, G und H). Dieses Muster ist insbesondere im Tibia von BMRP 2002.4.1 (mediale kortikale Zonen sind am dicksten) und im Femur von BMRP 2006.4.4 (posteromediale kortikale Zonen sind am dicksten) bemerkbar. Diese Beobachtung impliziert, dass gerichtete kortikale Wachstums über die Ontogenese stattfand und die Notwendigkeit vollständiger Querschnitte für die histologische Analyse betont: Das Erhalten eines Fragments oder Kerns für die Studie aus einer Orientierung kann zu fehlerhaften Interpretationen der Wachstumsrate und der Skelettreife führen. Variabilität im jährlichen Wachstum als Reaktion auf RessourcenverfügbarkeitInterpretationen der relativen Reife bei nichtflügeligen Dinosauriern stützen sich oft auf berichtete Trends in der Dicke kortikaler Zonen zwischen CGMs vom inneren zum äußeren Kortex (10). Die Zonendicke ist typischerweise am größten innerhalb des innersten Kortex, was einem schnellen jährlichen Wachstum zu Beginn des Lebens entspricht. Die Zonen werden im mittleren bis äußeren Kortex älterer Individuen zunehmend dünner, da die jährliche Wachstumsrate abnimmt und sich der asymptotischen Körperlänge nähert. Diese allgemeinen Trends bilden die interpretative Grundlage für die beiden vorherigen histologiebasierten ontogenetischen Studien zum T. rex-Wachstum (4, 5). Der Abstand der CGMs innerhalb der äußeren Kortices von BMRP 2002.4.1 und BMRP 2006.4.4 (Abb. 4) ist schmaler als zwischen einigen CGMs tiefer im Kortex, was darauf hindeutet, dass die Exemplare, obwohl nicht erwachsen, sich einer Körperlängen-Asymptote bei etwa der Hälfte der Körperlänge von FMNH PR 2081 näherten. Allerdings sind die jährlichen Zonendicken zwischen CGMs tiefer im Kortex von BMRP 2002.4.1 (Abb. 4A) und BMRP 2006.4.4 (Abb. 4B) variabel, und die Zonen schreiten nicht konsistent von weitläufig im inneren Kortex zu enger im äußeren Kortex fort. Aufgrund des unvorhersehbaren Abstands innerhalb des Kortex ist eine reduzierte Zonendicke nahe der periostalen Oberfläche wahrscheinlich ein unzuverlässiger Indikator für die Skelettreife bei BMRP 2002.4.1 und BMRP 2006.4.4. Variablen Zonendicken werden daher bei ontogenetisch älteren T. rex-Individuen wahrscheinlich beobachtet. Um diese Hypothese zu testen, untersuchten wir Femur- und Tibia-Dünnschliffe von T. rex-Exemplaren USNM PAL (National Museum of Natural History) 555000, MOR (Museum of the Rockies) 1125, MOR 1128, MOR 1198 und CCM (Carter County Museum) V33.1.15. Bei allen Individuen wurde eine Variabilität der jährlichen Zonendicken beobachtet. Insbesondere sind im Vergleich zum Zonenabstand innerhalb des mittleren Kortex innerhalb des innersten Kortex von USNM PAL 555000 (Abb. 4C) und MOR 1128 (Abb. 4D) deutlich dünnere Zonen vorhanden. Diese Ergebnisse widersprechen dem mathematisch vorhersehbaren Zonenabstand in T. rex-Langknochen, der von Horner und Padian (5) berichtet wurde und einige der gleichen Exemplare umfasste, die in der vorliegenden Studie neu bewertet wurden. Die Ergebnisse deuten zudem nicht nur darauf hin, dass BMRP 2002.4.1 und BMRP 2006.4.4 noch nicht in den beschleunigten Wachstumszeitraum eingetreten waren, der für diese Taxa vorgeschlagen wurde (4, 5), sondern auch, dass die Genauigkeit der verallgemeinerten T. rex-Körpermassenkurve von Erickson et al. (4) durch nicht erfasste individuelle Variationen im jährlichen Wachstum beeinträchtigt würde. Variable LAG-Abstände werden bei Ornithomimiden, Ornithopoden [(19) und dortige Referenzen] und anderen Tyrannosauriern (15) berichtet und können mit der jährlichen Ressourcenverfügbarkeit korrelieren (12, 19). Unsere Daten deuten darauf hin, dass dieses Merkmal auch T. rex charakterisiert: Da der Grad der Knochengewebeorganisation innerhalb der Zonen vom innersten Kortex bis zur periostalen Oberfläche bei den BMRP-Exemplaren gleich blieb, lagen die Wachstumsraten von Jahr zu Jahr in einem ähnlichen Bereich. Um diese Extreme der jährlichen Knochenapposition zu erzeugen, muss die Dauer des Wachstumsstillstands jährlich variiert haben. Basierend auf den hier untersuchten größeren T. rex-Exemplaren zur Vergleichsanpassung ist die Anpassung der Dauer des jährlichen Wachstumsstillstands als Reaktion auf die Ressourcenverfügbarkeit ein physiologisches Merkmal, das während der gesamten T. rex-Ontogenie beobachtet wird. Unabhängig von der Ursache betont die hier und in früheren Studien beobachtete unvorhersehbare CGM-Verteilung Vorsicht bei der Inferenz relativer Reife auf Basis der kortikalen LAG-Verteilung (19). Die Beobachtung eng beieinander liegender CGMs innerhalb der innersten Kortices größerer T. rex bestätigt unsere Interpretation, dass die dünnen Zonenabstände, die in den äußersten Kortices von BMRP 2002.4.1 und BMRP 2006.4.4 beobachtet wurden, keine zuverlässigen Indikatoren für die relative Reife sind, wenn ein EFS fehlt. Implikationen für die Nanotyrannus-HypotheseDie hier diskutierten Interpretationen der Knochenmikrostruktur liefern nicht nur Einblicke in die Ontogenie von T. rex, sondern haben auch Auswirkungen auf Diskussionen bezüglich CMNH (Cleveland Museum of Natural History) 7541 und Nanotyrannus. CMNH 7541 besteht aus einem kleinen, isolierten Schädel mit einer Länge von 572 mm (20). Als mit T. rex sympatrisch angenommen, wurde er ursprünglich als Gorgosaurus lancensis benannt (21). Im Jahr 1988 wurde CMNH 7541 von Bakker et al. (22) neu beschrieben als ein adultes Exemplar einer neuen Gattung, Nanotyrannus. Unter Verwendung eines umfangreichen empirischen Datensatzes synonymisierten Carr und Williamson (23) Nanotyrannus im Jahr 2004 formell mit Tyrannosaurus und stützten damit die Interpretation von CMNH 7541 als juveniles T. rex, die von Rozhdestvensky im Jahr 1965 vorgeschlagen wurde (24). Derzeit betrachten die meisten Tyrannosauriden-Spezialisten CMNH 7541 und möglicherweise zugehörige Exemplare als juveniles T. rex basierend auf morphologischen Schädelmerkmalen, die mit denen in unbestrittenen juvenilen Individuen anderer Tyrannosauriden-Taxa geteilt werden [z. B. (2, 20, 23, 25 – 28)]. Dennoch haben mehrere Publikationen seither die Gültigkeit von Nanotyrannus argumentiert, nicht nur basierend auf morphologischen Merkmalen des CMNH 7541 Typus-Schädels, sondern auch basierend auf Merkmalen aus dem etwas größeren Schädel von BMRP 2002.4.1 (720 mm Länge) [z. B. (29 – 33)], den einige Forscher aufgrund geteilter morphologischer Merkmale, die sie als adulte Autapomorphien des Taxons betrachten, Nanotyrannus zuweisen [z. B. (29 – 33)]. Derzeit ist BMRP 2002.4.1 das einzige registrierte Exemplar mit erhaltenen postkranialen Skelettelementen, das von Befürwortern von Nanotyrannus spezifisch als zu dieser Gattung gehörend argumentiert wird [z. B. (29 – 32)]. Da CMNH 7541 den postkranialen Skelettapparat fehlt und Befürworter von Nanotyrannus BMRP 2002.4.1 diesem Taxon zuweisen, offenbart die Histologie der Gliedmaßenknochen von BMRP 2002.4.1 (und zusätzlich BMRP 2006.4.4; siehe die Supplementary Materials für die taxonomische Diskussion) die Lebensgeschichte von CMNH 7541 stellvertretend. Hier stellen wir histologische Daten bereit, die verwendet werden können, um die Hypothese zu widerlegen, dass Nanotyrannus auf der Grundlage eines skelettal reifen „Zwerg"-Individuums errichtet wurde, was zu zwei verbleibenden alternativen Hypothesen führt: (i) Nanotyrannus ist ein gültiges Taxon, aber das Holotypus-Exemplar und alle derzeit zugehörigen Exemplare, einschließlich BMRP 2002.4.1 und BMRP 2006.4.4, sind unreif, und es sind noch keine skelettal reifen Individuen bekannt; und (ii) CMNH 7541, BMRP 2002.4.1, BMRP 2006.4.4 und andere mittelgroße Tyrannosauriden-Exemplare, die aus dem HCF gesammelt wurden, repräsentieren juvenile ontogenetische Stadien von T. rex. Bisher sind der Femur und die Tibia von BMRP 2002.4.1 und BMRP 2006.4.4 die einzigen belastbaren Knochen von Tyrannosauriden des Oberen Kreidezeits aus dem HCF, die histologisch aus vollständigen Querschnitten beschrieben wurden, und diese zeigen universell Merkmale, die charakteristisch für aktiv wachsende juvenile Dinosaurier sind, die noch nicht in eine exponentielle Wachstumsphase eingetreten waren (wie durch unsere neuen Daten gezeigt, die deutlich dünnere Zonen innerhalb der innersten Kortikalis von großkorpulenten T. rex-Exemplaren wie USNM PAL 55500 identifizieren). Basierend auf diesen Daten ist die letztere Hypothese am einfachsten und stimmt mit den auf Morphologie basierenden Schlussfolgerungen von Carr (20) und Carr und Williamson (23) überein. Die Einbeziehung zusätzlicher mittelgroßer Tyrannosauriden-Exemplare aus dem HCF in diese auf Histologie basierende relative Reifebewertung ist notwendig, um die parsimonische Hypothese weiter zu stützen oder zu widerlegen. Paläoökologische Implikationen Synonymisierung von Nanotyrannus mit T. rex bedeutet, dass statt zwei sympatrischer Tyrannosauriden-Taxa innerhalb der Faunenansammlungen des HCF derzeit nur eine gültige Tyrannosauriden-Art – T. rex – anerkannt wird. Als Adultes besetzte T. rex die Nische des großen Fleischfressers im Ökosystem des späten Kreidezeits des HCF (2, 34) und erreichte im Alter von 20 Jahren eine durchschnittliche adulte Körpermasse von ~9502 kg (6). BMRP 2002.4.1 und BMRP 2006.4.4, im Alter von jeweils über 13 bzw. über 15 Jahren, waren nur halb so lang wie ein adultes T. rex (6, 7). Hutchinson et al. (6) ermittelten eine durchschnittliche Körpermassenschätzung von 954 kg für BMRP 2002.4.1, die in den Bereich der mittelgroßen Dinosaurier-Körpermasse fällt, der von Holtz (35) als 50 bis 1000 kg definiert wurde. Unsere histologische Bestätigung von BMRP 2002.4.1 und BMRP 2006.4.4 als mittelgroßen Juvenilen ist daher kongruent mit einer hypothetischen verzögerten Einsetzung des exponentiellen Wachstums in T. rex im Vergleich zum ontogenetischen Zeitpunkt des exponentiellen Wachstums in anderen Tyrannosauriden (4). Da T. rex seine große Größe spät in der Ontogenie erreichte (4), dürften viele Aspekte seiner Biologie zwischen juvenilen und adulten Individuen unterschiedlich sein, was zu Hypothesen führte, dass es eine ontogenetische Nischenaufteilung (2, 36, 37) nutzte, bei der die Beutegröße eine Funktion der Körpergröße ist (2, 36, 38). Diese Fütterungsstrategie wird heute beim extanten Archosaur Alligator beobachtet, da er vor und nach dem Erreichen der skelettalen Reife unterschiedliche Fleischfresser-Nischen besetzt (39). Kürzlich haben Peterson und Daus (40) gezeigt, dass spätere juvenile T. rex zwar Knochen durchstoßen konnten, aber noch nicht Knochen zerquetschen oder Osteophagie betreiben konnten und daher eine Fütterungsstrategie verfolgten, die sich von der der Erwachsenen unterschied. Unsere histologische Bewertung von BMRP 2002.4.1 und BMRP 2006.4.4 liefert Daten, die für das Verständnis der juvenilen T. rex-Biologie und -Ökologie kritisch sind, und zusätzlichen Beweis dafür, dass es im HCF keine sympatrischen Tyrannosauriden gab. Darüber hinaus hypothesieren wir, dass die ontogenetische Nischenaufteilung, gekoppelt mit der Fähigkeit, die Dauer des jährlichen Wachstumsstillstands anzupassen, um Ressourcenverfügbarkeit zu verfolgen, T. rex zu einem der erfolgreichsten nicht-vogelartigen Theropoden gemacht hat. MATERIALIEN UND METHODEN BMRP 2002.4.1 und BMRP 2006.4.4 wurden aus dem HCF des Carter County, Montana, gesammelt. Das Exemplar BMRP 2002.4.1 besteht aus einem nahezu vollständigen Schädel mit assoziierten Postkranialien, einschließlich eines partiellen Femurs [geschätzte Länge, 68,8 cm; (7)] und vollständigen Tibien. BMRP 2006.4.4 ist weit weniger vollständig und fehlt kraniales Material, aber mit einer Femurlänge von 77,4 cm ist es etwas größer (und presumably ontogenetisch älter) als BMRP 2002.4.1. Histologische AnalyseDer teilweise Femur von BMRP 2002.4.1 und der teilweise Tibia von BMRP 2006.4.4 wurden vom MOR für ein früheres Projekt histologisch verarbeitet, und die daraus resultierenden dünnen Schnitte wurden dem leitenden Autor zur Verfügung gestellt. Für die aktuelle Studie wurden zusätzliche dünne Schnitte hergestellt, um histologische Merkmale über Knochen von BMRP 2002.4.1 und BMRP 2006.4.4 direkt zu vergleichen: Vollständige transversale dünne Schnitte vom Femur von BMRP 2006.4.4 und der Tibia von BMRP 2002.4.1 wurden nach der Methodik von Padian und Lamm (10) unter Genehmigung durch BMRP und das Bureau of Land Management hergestellt. Dünne Schnitte der Fibula von BMRP 2002.4.1 und BMRP 2006.4.4 wurden früher für separate Projekte hergestellt. Ein ontogenetisches Alter von 11 für BMRP 2002.4.1 wurde von Erickson (8) basierend auf Fibula-Histologie veröffentlicht, und ein ontogenetisches Alter für BMRP 2006.4.4 wurde nicht veröffentlicht. Der Zugang zu den oben genannten dünnen Schnitten der Fibula für vergleichende Histologie und Skelettochronologie in dieser Studie wurde verweigert. Wie von Prondvai et al. (13) zusammengefasst, besteht modernes Knochengewebe aus integrierten Hydroxylapatit-Kristallen und Kollagenfibrillen, deren lange Achsen parallel angeordnet sind. Daher impliziert die Ausrichtung der anorganischen Hydroxylapatit-Mineralien die Anordnung der Kollagenfasern im fossilen Knochengewebe, und diese Ausrichtung kann visuell durch die Intensität der Doppelbrechung, die mit Anisotropie in polarisiertem Licht verbunden ist, abgeleitet werden: Wenn die Faserbündel quer zu ihrer Längsachse geschnitten werden, erscheinen sie hell (anisotrop), wohingegen sie bei transversalem Schnitt dunkel bleiben (isotrop). Die Knochenfaserausrichtung wird typischerweise von einem dünnen Schnitt von Knochengewebe diagnostiziert, der quer zur Längsachse eines Diaphysis geschnitten wurde. Knochengewebe wurde als parallel faserig oder lamellär klassifiziert, wenn es einheitlich anisotrop mit abgeflachten Osteozyten-Lacunae war (d. h. die lange Achse der Lacuna parallel zur Faserausrichtung), und als gewebt, wenn es einheitlich isotrop mit runden Lacunae war. Ohne Untersuchung von Knochengewebe in den longitudinalen sowie transversalen Ebenen ist es unmöglich, gewebtes Gewebe zu unterscheiden, das in beiden Orientierungen isotrop bleiben sollte, von longitudinal orientiertem parallel-faserigem oder lamellärem Gewebe, das im transversalen Schnitt isotrop ist und daher für gewebtes Gewebe missverstanden werden kann. Diese Unterscheidung ist kritisch, da Bereiche täglicher Appositionsraten häufig basierend auf der Faserausrichtung zugewiesen werden [siehe (13) für Diskussion]. Aus diesem Grund wurden, wenn für diese Studie dünne Schnitte hergestellt wurden, jedes Exemplar sowohl longitudinal als auch transversal geschnitten, um die Knochenfaserausrichtung genauer zu bewerten. Vollständige transversale Schnitte von den Femoral- und Tibialdiaphysen von BMRP 2002.4.1 und BMRP 2006.4.4 wurden aus den Knochen mit einer Kreissäge mit einem kontinuierlichen Rand-Diamantblatt entfernt. Die entfernten Proben wurden geformt und gegossen, und die Gussrepliken wurden den fossilen Knochen wiederhergestellt. Die entfernten Proben wurden dann in Silmar-Polyesterharz eingebettet, und transversale Scheiben wurden (~3 bis 4 mm dick) auf beiden Seiten der Linie des minimalen Umfangs mit einer Kreissäge und einem kontinuierlichen Rand-Diamantblatt geschnitten. Diese Scheiben wurden auf mattierten Glasobjektträgern geklebt und auf einer variable Geschwindigkeit drehbaren Schleifmaschine auf Spiegelpolitur geschliffen, unter Verwendung einer Serie von 60, 120, 180, 320, 600, 800 und 1200 Siliziumcarbid-Schleifpapier und 5- und 1-μ m Handpolier-Schlamm. Die Enddicken der Objektträger lagen zwischen 97 und 177 μ m. Longitudinale Schnitte wurden aus den eingebetteten Diaphys-Proben hergestellt, entlang einer lateralen-medialen Ebene in der Tibia von BMRP 2002.4.1 und einer anterolateralposteromedialen Ebene im Femur von BMRP 2006.4.4, wobei die dicksten Bereiche des Kortex erfasst wurden. Dünne Schnitte wurden unter Verwendung eines Nikon Eclipse Ni-U Polarisationsmikroskops und ebener Polarisationslichts (d. h. nur der Polarisator in Position), CPL, und kreuzpolarisiertem Licht mit 540-nm Lambda-Filter analysiert. Photomikrographen wurden mit einer Nikon Fi2-Mikroskopkamera aufgenommen. Kompositbilder jedes vollständigen dünnen Schnitts bei ×20 Gesamtvergrößerung wurden durch den Einsatz einer automatisierten Applied Scientific Instrumentation-Mikroskoptisch und Nikon Elements: Documentation-Software erhalten. Jährlich gebildete CGMs, einschließlich LAGs und Annuli, wurden identifiziert und digital mit Adobe Photoshop CC nachgezeichnet. Vergleiche der jährlichen zonalen Dicken zwischen CGMs wurden entlang eines Transekts vorgenommen, und Messungen wurden in Adobe Photoshop CC durchgeführt. Histologische Beschreibungen wurden aus Beobachtungen unter Verwendung von CPL erstellt und folgen der Terminologie von Padian und Lamm (10) und Prondvai et al. (13). Ein CGM wurde als Annulus identifiziert, wenn er aus einem diffusen Band parallel-faserigen Knochens bestand und als eine Periode erheblich vermindert Osteogenese interpretiert wurde. Ein LAG wurde als ein dünner hypermineralisierter Ring identifiziert, der eine Periode anzeigt, in der die Osteogenese ganz aufhörte.

@misc{woodward2020tyrannosaurus,
    author = "Woodward, Holly N. and Tremaine, Katie and Williams, Scott A. and Zanno, Lindsay E. and Horner, John R. and Myhrvold, Nathan",
    title = "Tyrannosaurus rex Osborn 1905",
    year = "2020",
    publisher = "Zenodo",
    abstract = "After the publication of its discovery from the famous Hell Creek Formation (HCF) in 1905, the carnivorous dinosaur Tyrannosaurus rex (1) was met with intense scientific interest and public popularity, which persists to the present day (2). Numerous hypotheses concerning T. rex biology and behavior result from decades of research primarily focused on skeletal morphology and biomechanics [e.g., (3) and references therein]. Only within the past 15 years has bone histology been applied to investigate the aspects of T. rex life history inaccessible from gross examinations, addressing questions concerning ontogenetic age, growth rate, skeletal maturity, and sexual maturity. In 2004, two teams independently assessed the growth dynamics of T. rex using osteohistology. Their results suggest that T. rex had an accelerated growth rate compared with other tyrannosaurids and achieved adult size in approximately two decades (4, 5). The teams focused on growth curves, rather than on detailed analyses or interpretations of bone tissue microstructures. However, osteohistology is critical for establishing a baseline against which skeletal maturity and growth changes in cortical morphology related to life events in this taxon can be tested. Identifying the timing of growth acceleration and empirically quantifying juvenile T. rex growth rates are of special importance because the juvenile growth record is lost in older individuals because of bone remodeling and resorption (4, 5). Here, we examine the femur and tibia bone microstructure of two tyrannosaur skeletons of controversial taxonomic status recovered from the HCF: BMRP (Burpee Museum of Natural History) 2002.4.1, a largely complete specimen composed of nearly the entire skull and substantial postcranial material, and BMRP 2006.4.4, a more fragmentary specimen. Respectively, we estimate these specimens to be 54 and 59\% the body length of FMNH (Field Museum of Natural History) PR 2081 (“Sue”) (6, 7), one of the largest known T. rex. The ontogenetic age of BMRP 2002.4.1 was previously reported by Erickson (8) as 11 years based on fibula osteohistology. However, because the fibula grows more slowly than the weight-bearing femur and tibia, it does not reflect annual increases in body size or relative skeletal maturity as accurately [e.g., (9)]. We use femur and tibia data to (i) provide detailed comparative intra- and interskeletal histological descriptions, (ii) quantify the ontogenetic age and relative skeletal maturity of these specimens, and (iii) allow empirical observation of annual growth rate, with emphasis on variability during the life history of tyrannosaurs (10). Moreover, by histologically quantifying the ontogenetic age of BMRP 2002.4.1 and BMRP 2006.4.4 and inferring skeletal maturity, we present new data that can be used to evaluate competing taxonomic hypotheses regarding these and other mid-sized tyrannosaur specimens discovered in the HCF, specifically whether BMRP 2002.4.1 (and by proxy other specimens) represents an adult “pygmy” genus of tyrannosaurid, “ Nanotyrannus.” RESULTS For detailed, orientation-specific histology descriptions, refer to the Supplementary Materials. In general, the femur and tibia cortical bones of BMRP 2002.4.1 and BMRP 2006.4.4 can be classified as a wovenparallel complex. Vascularity and osteocyte lacuna density are uniformly high throughout (Figs. 1 and 2). In the femora, the primary and secondary osteons surrounding vascular canals are frequently isotropic in the transverse section (Fig. 1, A and B) and anisotropic in the longitudinal section (Fig. 1C). Also in the transverse section, femur primary tissue exhibits moderate anisotropy regionally and weak anisotropy locally, corresponding to a loose arrangement of mineralized fibers in parallel (e.g., Fig. 1, A and B, and fig. S3B). 1 Department of Anatomy and Cell Biology, Oklahoma State University Center for Health Sciences, 1111 W.17th St., Tulsa, OK 74104, USA. 2 Department of Earth Science, Montana State University, P.O. Box 173480, Bozeman, MT 59717, USA. 3 Museum of the Rockies, Montana State University, 600 W.Kagy Blvd., Bozeman, MT 59717, USA. 4 Paleontology, North Carolina Museum of Natural Sciences, 11 W. Jones St., Raleigh, NC 27601, USA. 5 Department of Biological Sciences, North Carolina State University, 3510 Thomas Hall, Campus Box 7614, Raleigh, NC 2769, USA. 6 Chapman University, 1 University Dr., Orange, CA 92866, USA. 7 Intellectual Ventures, 3150 139th Avenue Southeast, Bellevue, WA 98005, USA. *Corresponding author. Email: holly.ballard@okstate.edu, holly.n.woodward@ gmail.com In the tibia transverse section of BMRP 2002.4.1 (Fig. 2A and fig. S4), longitudinal primary osteons are isotropic in circularly polarized light (CPL), but fibers of primary osteons encircling laminar, circular, and plexiform vascular canals are anisotropic. In contrast, primary osteons in the tibia of BMRP 2006.4.4 are frequently isotropic regardless of vascular canal orientation. Because of its proximal sampling location, the cortical shape of the tibia from BMRP 2006.4.4 in transverse section differs from that of BMRP 2002.4.1 and incorporates the fibular crest on the lateral side (figs. S2D and S8, A and F). Highly vascularized reticular woven tissue is present on the anterior and anterolateral periosteal surfaces (Fig. 2C). In both individuals, the thickest tibial cortex is located anteriorly. Of special note, within the medullary cavity of the femur and tibia of BMRP 2006.4.4, isotropic, vascularized, primary tissue is separated from the cortex by a lamellar endosteal layer. These features are morphologically consistent with medullary bone (11); however, additional studies on the systemic nature of this tissue throughout BMRP 2006.4.4 and biochemical tests on this tissue are necessary to test this hypothesis. Cyclical growth marks (CGMs), resembling tree rings in transverse thin section, were observed in the femora and tibiae of both BMRP specimens. Studies on extant vertebrates demonstrate that CGMs result from brief interruptions in osteogenesis, occurring with annual periodicity and typically coinciding with the nadir (12). The annual pauses in bone apposition are recorded as CGMs in cortical microstructure as either pronounced lines of arrested growth (LAGs) or diffuse annulus rings. On the basis of counting CGMs, BMRP 2002.4.1 was at least 13 years old at death (13 CGMs in the femur and 10 CGMs in the tibia), and BMRP 2006.4.4 was at least 15 years old at death (15 CGMs in the femur and 13 to 18 CGMs in the tibia). Typically, vertebrate long bone cortices will exhibit widely spaced CGMs within the cortex when young, corresponding to high annual osteogenesis. In subadults, CGMs become more closely spaced as osteogenesis decreases approaching adult size [e.g., (10)]. In contrast to these frequently observed patterns, the spacing of CGMs was unexpectedly variable throughout the femur and tibia cortices of both BMRP specimens. In the femur of BMRP 2006.4.4, there is an annulus at the periosteal surface on the medial side (Fig. 1D), but when followed posteriorly, the annulus is within the outer cortex, while fibrolamellar tissue makes up the cortex of the periosteal surface (Fig. 1E). Within the innermost cortex on the anterolateral side, six LAGs are closely spaced (Fig. 2D). Because of resorption from the medullary drift, these LAGs are absent within the innermost cortex of the posterior and lateral sides. Prondvai et al. (13) demonstrated that inaccurate bone microstructure interpretations are possible if the mineralized tissue is observed in only a single plane; specifically, the more slowly formed parallel-fibered mineral arrangement could be mistaken for the rapidly deposited woven-fibered mineral arrangement, which has direct bearing on growth rate interpretations. Therefore, the femur of BMRP 2006.4.4 was longitudinally sectioned in an anterolateral-posteromedial plane, and the tibia of BMRP 2002.4.1 was sectioned in a medial-lateral plane to accurately assess tissue organization and associated relative growth rates (Figs. 1C and 2B, and figs. S2, B and C, S5, and S7). In the femur of BMRP 2006.4.4, vascular canals are arranged parallel to the plane of section and to the shaft of the long bone. Adjacent to the vascular canals, bone fibers are highly anisotropic in CPL and contain osteocyte lacunae with long axes arranged parallel to the vascular canals and plane of section. Tissue of the laminae between primary osteons varies locally in degree of isotropy, with corresponding variable shape in osteocyte lacunae. On the medial side of the longitudinal section through the tibia of BMRP 2002.4.1, vascular canals are arranged obliquely with numerous communications (fig.S5B). From the mid- to the outer cortex, vascular canals are more uniformly parallel to the bone shaft, with fewer transverse Volkmann’s canals (fig. S5C). Adjacent to vascular canals, fibers of the primary osteons are anisotropic in CPL with longitudinally flattened osteocyte lacunae. Fibers within the primary laminae vary locally in isotropy and osteocyte lacuna orientation (Fig. 2B). The lateral cortex is thinner than the medial cortex, and vascular canals are more closely spaced with fewer communicating canals (fig. S5D). DISCUSSION Limb bones exhibit moderate growth rates and tension loading Comparison of BMRP 2002.4.1 and BMRP 2006.4.4 bone fiber organization in the transverse and longitudinal sections using CPL confirms that primary tissue is generally poorly organized parallel fibered to weakly woven. Dense osteocyte lacunae and poor bone fiber organization, in combination with a rich vascular network of reticular, laminar, and plexiform primary osteons, are characteristics that empirically correspond to elevated osteogenesis ranging from 5 to 90 μ m/day (10). Nonetheless, the frequency of longitudinal vascularity, as well as regionally prevalent poorly organized parallel fiber bundles within the transverse sections, suggests that annual growth rates were nearer the lower bound (10). The BMRP individuals did, however, experience occasional periods of faster growth indicated by bands of regionally isotropic woven laminae with reticular vascularity (e.g., Figs. 1E and 2C, and figs. S6D and S8, C and D) (10). In both BMRP specimens, the majority of primary osteons as well as some secondary osteons were isotropic in the transverse section. Corresponding anisotropy in longitudinal examination confirms that the fiber bundles within osteons are longitudinally arranged (Figs. 1C and 2B, and fig. S5, B to D). Studies on long bone response to loading show that longitudinal collagen fiber orientation within secondary osteons is commonly found in habitually tension-loaded regions (14), which may also apply to primary osteon collagen fiber orientation. As such, future studies on tyrannosaurid locomotion biomechanics may benefit from incorporation of osteohistology. Relative skeletal maturity Rather than exhibiting an external fundamental system (EFS) (Fig. 3), a woven-parallel complex extends to the periosteal surface in both tyrannosaurid specimens. Thus, histology supports morphological observations that BMRP 2002.4.1 and BMRP 2006.4.4 were skeletally immature individuals at death (10). In lieu of epiphyseal fusion, which most reptile taxa lack, an EFS is the only way to conclusively confirm attainment of asymptotic adult body length from the long bones of a vertebrate. When present, the EFS occupies the periosteal surface as either closely spaced LAGs (separated by micrometers) (Fig. 3A) or as a thick, primarily avascular annulus (Fig. 3B) (10). CGMs close to the periosteal surface can sometimes be mistaken for an EFS. In the case of BMRP 2006.4.4, an annulus is present at the periosteal surface of both the femur (Fig. 1D) and tibia (fig. S8E), but when the annulus is followed around the cortex, in both cases it becomes embedded within the outer cortex and superseded by woven primary tissue (Figs. 1E and 2C). The proximity of the annulus to the periosteal surface instead suggests that BMRP 2006.4.4 died soon after growth resumed following the annual hiatus and that cortical osteogenesis was directional. Ontogenetic age On the basis of femur CGM count, BMRP 2002.4.1 was>13 years old at death, which is 2 years older than the original estimate by Erickson (8) based on fibula CGM count. The slightly larger BMRP 2006.4.4 was>15 years old. The number of CGMs missing due to medullary expansion is unknown, precluding an exact age at death for BMRP 2002.4.1 and BMRP 2006.4.4. Although the number of missing CGMs could be predicted on the basis of innermost zonal thicknesses and a process of retrocalculation [e.g., (5, 10)], the variable spacing between CGMs observed in BMRP 2002.4.1 and BMRP 2006.4.4 and other tyrannosaurs (15) renders the technique unreliable in this case, and it was not attempted. Within the innermost cortex of BMRP 2006.4.4, there is a tight stacking of six CGMs (Fig. 2D). Because the CGMs remain parallel about the cortex and do not merge, they either represent a single hiatus in which growth repeatedly ceased and resumed (totaling 13 years of growth) or up to 6 years where relatively little growth occurred annually (totaling up to 18 years of growth) (9, 16). This tight stacking of six CGMs is not observed in the femur of BMRP 2006.4.4, which preserves 15 CGMs. The CGM count from the partial tibia of BMRP 2006.4.4 is questionable because the proximal sampling location away from midshaft incorporates the fibular crest, introducing associated regions of remodeling and directional growth affecting apposition interpretations. Because of this and their absence in the femur, the observed grouping of six CGMs is conservatively interpreted as a single hiatus event. Similar instances of a single hiatus represented by narrowly spaced LAGs are reported in other tyrannosauroids (15). If this grouping of CGMs instead represents 6 years of protracted growth, then BMRP 2006.4.4 demonstrates the extent to which these individuals could adjust growth rate based on resource availability, in this case prolonging the ontogenetic duration of BMRP 2006.4.4 as a mid-sized carnivore. Bone tissue organization was similar across femora and tibiae, suggesting that both bones record annual increases in body size equally well. If the stacked CGMs of BMRP 2006.4.4 reflect a single hiatus, then each femur preserved more CGMs than the associated tibia. Previous studies demonstrated that intraskeletal inconsistencies in CGM counts are due to variable rates of medullary cavity expansion or cortical drift across elements (9, 17, 18) when sampled at midshaft. Therefore, our preliminary assessment of T. rex intraskeletal histology suggests that the femur is more informative than the tibia, despite regions of cortical remodeling from tendinous entheses about the cortex. Additional intraskeletal histoanalyses of tyrannosaurid specimens are necessary to test whether the femur is the preferred weight-bearing bone for simultaneous assessments of annual growth rates and skeletochronology. In addition to ontogenetic zonal thickness variability within the cortex, zonal thickness also changed with respect to cortical orientation. That is, zones were often much thinner relative to one another on one side of the transverse section and much thicker on another side (e.g., fig. S4, G and H). This pattern is particularly noticeable in the tibia of BMRP 2002.4.1 (medial cortical zones are thickest) and the femur of BMRP 2006.4.4 (posteromedial cortical zones are thickest). This observation implies that directional cortical growth occurred over ontogeny and stresses the necessity of complete transverse sections for histological analysis: Obtaining a fragment or core for study from one orientation may result in erroneous interpretations of growth rate and skeletal maturity. Variability in annual growth as a response to resource abundance Interpretations of relative maturity in nonavian dinosaurs often rely on reported trends in the thickness of cortical zones between CGMs from the inner to the outer cortex (10). Zone thickness is typically greatest within the innermost cortex, corresponding to rapid annual growth early in life. Zones become progressively thinner in the midto the outer cortex of older individuals, as annual growth rate decreases approaching asymptotic body length. These general trends provide the interpretive foundation for the two previous histologybased ontogenetic studies on Tyrannosaurus growth (4, 5). The spacing of CGMs within the outer cortices of BMRP 2002.4.1 and BMRP 2006.4.4 (Fig. 4) is narrower than between some CGMs deeper within the cortices, which suggests that, although not adults, the specimens were approaching a body length asymptote at about one-half the body length of FMNH PR 2081. However, annual zonal thicknesses between CGMs deeper within the cortices of BMRP 2002.4.1 (Fig. 4A) and BMRP 2006.4.4 (Fig. 4B) are variable, and zones do not consistently progress from widely spaced within the inner cortex to more closely spaced in the outer cortex. Because of unpredictable spacing within the cortex, reduced zonal thickness near the periosteal surface is likely an unreliable indicator of skeletal maturity in BMRP 2002.4.1 and BMRP 2006.4.4. Variable zonal thicknesses are, thus, likely to be observed in ontogenetically older T. rex individuals. To test this hypothesis, we examined femur and tibia thin sections from T. rex specimens USNM PAL (National Museum of Natural History) 555000, MOR (Museum of the Rockies) 1125, MOR 1128, MOR 1198, and CCM (Carter County Museum) V33.1.15. In all individuals, variability in annual zonal thicknesses was observed. In particular, compared to zone spacing within the mid-cortex, noticeably thinner zones are present within the innermost cortex of USNM PAL 555000 (Fig. 4C) and MOR 1128 (Fig. 4D). These results contradict the mathematically predictable zonal spacing in T. rex long bones reported by Horner and Padian (5), which used some of the same specimens reassessed in the present study. Results further suggest not only that BMRP 2002.4.1 and BMRP 2006.4.4 had not yet entered the accelerated growth period proposed for this taxon (4, 5) but also that the accuracy of the generalized T. rex body mass curve from Erickson et al. (4) would be affected by undetected individual variation in annual growth. Variable LAG spacing is reported in ornithomimids, ornithopods [(19) and references therein], and other tyrannosauroids (15) and may correlate with annual resource abundance (12, 19). Our data suggest that this trait also characterizes T. rex: Because the level of bone tissue organization within zones remained the same from the innermost cortex to the periosteal surface in the BMRP specimens, growth rates were within a similar range from year to year. To produce these extremes in annual bone apposition, the duration of the growth hiatus must have varied annually. On the basis of the larger T. rex specimens examined here for comparison, the adjustment of annual growth hiatus duration in response to resource abundance is a physiological characteristic observed throughout T. rex ontogeny. Regardless of cause, unpredictable CGM spacing observed here and in previous studies stresses caution when inferring relative maturity based on cortical LAG spacing (19). The observation of closely spaced CGMs within the innermost cortices of larger T. rex validates our interpretation that the thin zonal spacing observed in the outermost cortices of BMRP 2002.4.1 and BMRP 2006.4.4 are not reliable indicators of relative maturity when an EFS is absent. Implications for the Nanotyrannus hypothesis The bone microstructural interpretations discussed here not only provide insight into T. rex ontogeny but also have bearing on discussions concerning CMNH (Cleveland Museum of Natural History) 7541 and Nanotyrannus. CMNH 7541 consists of a small isolated skull 572 mm in length (20). Inferred to be sympatric with T. rex, it was originally named Gorgosaurus lancensis (21). In 1988, Bakker et al. (22) redescribed CMNH 7541 as an adult specimen of a new genus, Nanotyrannus. Using an extensive empirical dataset, Carr and Williamson (23) formally synonymized Nanotyrannus into Tyrannosaurus in 2004, supporting the interpretation of CMNH 7541 as a juvenile T. rex proposed by Rozhdestvensky in 1965 (24). Presently, most tyrannosaurid specialists consider CMNH 7541 and possible referred specimens to be juvenile T. rex based on morphological skull features shared with those found in undisputed juvenile individuals of other tyrannosaurid taxa [e.g., (2, 20, 23, 25 – 28)]. Nonetheless, several publications have since argued for the validity of Nanotyrannus based not only on morphological characters of the CMNH 7541 type skull but also on characters from the somewhat larger skull of BMRP 2002.4.1 (720 mm in length) [e.g., (29 – 33)], which some researchers have assigned to Nanotyrannus based on shared morphological characters they consider adult autapomorphies of the taxon [e.g., (29 – 33)]. Currently, BMRP 2002.4.1 is the only accessioned specimen with postcranial skeletal elements preserved that is specifically argued by proponents of Nanotyrannus as belonging to that genus [e.g., (29 – 32)]. Because CMNH 7541 lacks the postcranial skeleton and proponents of Nanotyrannus refer BMRP 2002.4.1 to that taxon, the limb bone histology of BMRP 2002.4.1 (and additionally BMRP 2006.4.4; see the Supplementary Materials for taxonomic discussion) reveals the life history of CMNH 7541 by proxy. Here, we provide histological data that can be used to reject the hypothesis that Nanotyrannus was erected on the basis of a skeletally mature “pygmy” individual, resulting in two remaining alternative hypotheses: (i) Nanotyrannus is a valid taxon, but the holotype and all currently referred specimens including BMRP 2002.4.1 and BMRP 2006.4.4 are immature, with no skeletally mature individuals yet known; and (ii) CMNH 7541, BMRP 2002.4.1, BMRP 2006.4.4, and other mid-sized tyrannosaurid specimens collected from the HCF represent juvenile ontogenetic stages of T. rex. Thus far, the femur and tibia of BMRP 2002.4.1 and BMRP 2006.4.4 are the only weight-bearing bones of Upper Cretaceous HCF tyrannosaurids described histologically from complete transverse sections, and these universally demonstrate features characteristic of actively growing juvenile dinosaurs that had not yet entered an exponential phase of growth (as demonstrated by our new data identifying noticeably thinner zones within the innermost cortex of large-bodied T. rex specimens such as USNM PAL 55500). On the basis of these data, the latter hypothesis is most parsimonious and is congruent with the morphology-based conclusions of Carr (20) and Carr and Williamson (23). Incorporating additional mid-sized HCF tyrannosaurid specimens into this histology-based relative maturity assessment is necessary to further support or refute the parsimonious hypothesis. Paleoecological implications Synonymization of Nanotyrannus with T. rex means that rather than two sympatric tyrannosaurid taxa within faunal assemblages of the HCF, only one valid tyrannosaur species— T. rex —is currently recognized. As an adult, T. rex occupied the large-sized carnivore niche in the latest Cretaceous HCF ecosystem (2, 34), achieving an average adult body mass of \textasciitilde 9502 kg (6) by 20 years of age (4). BMRP 2002.4.1 and BMRP 2006.4.4, at>13 and>15 years of age, respectively, were only half the length of an adult T. rex (6, 7). Hutchinson et al. (6) obtained an averaged body mass estimate of 954 kg for BMRP 2002.4.1, which falls within the mid-sized dinosaur body mass range defined by Holtz (35) as 50 to 1000 kg. Our histological confirmation of BMRP 2002.4.1 and BMRP 2006.4.4 as mid-sized juveniles is therefore congruent with a hypothesized delayed onset of exponential growth in T. rex relative to the ontogenetic timing of exponential growth in other tyrannosaurids (4). Because T. rex attained its great size late in ontogeny (4), many aspects of its biology likely differed between juvenile and adult individuals, leading to hypotheses that it used ontogenetic niche partitioning (2, 36, 37), where prey size is a function of body size (2, 36, 38). This feeding strategy is observed today in the extant archosaur Alligator, because it occupies different carnivore niches before and after achieving skeletal maturity (39). Most recently, Peterson and Daus (40) demonstrated that although able to puncture bone, latestage juvenile T. rex could not yet crush bone or engage in osteophagy, and therefore engaged in a feeding strategy distinct from adults. Our histological assessment of BMRP 2002.4.1 and BMRP 2006.4.4 provides data critical to understanding juvenile T. rex biology and ecology, and additional evidence that there were no sympatric tyrannosaurids in the HCF. Furthermore, we hypothesize that ontogenetic niche partitioning, coupled with an ability to adjust annual growth hiatus duration to track resource abundance, made T. rex one of the most successful nonavian theropods. MATERIALS AND METHODS BMRP 2002.4.1 and BMRP 2006.4.4 were collected from the HCF of Carter County, Montana. The specimen BMRP 2002.4.1 consists of a nearly complete skull with associated postcrania, including a partial femur [estimated length, 68.8 cm; (7)] and complete tibiae. BMRP 2006.4.4 is far less complete and lacks cranial material, but with a femur length of 77.4 cm, it is slightly larger (and presumably ontogenetically older) than BMRP 2002.4.1. Histological analysis The partial femur of BMRP 2002.4.1 and the partial tibia of BMRP 2006.4.4 were histologically processed by the MOR for an earlier project, and the resulting thin section slides were made available on loan to the senior author. Additional thin sections were produced for the current study to directly compare histological features across bones of BMRP 2002.4.1 and BMRP 2006.4.4: Full transverse thin sections from the femur of BMRP 2006.4.4 and the tibia of BMRP 2002.4.1 were produced following the methodology of Padian and Lamm (10) with the permission of BMRP and the Bureau of Land Management. Fibula thin section slides of BMRP 2002.4.1 and BMRP 2006.4.4 were earlier produced for separate projects. An ontogenetic age of 11 for BMRP 2002.4.1 was published by Erickson (8) based on fibula histology, and an ontogenetic age of BMRP 2006.4.4 was not published. Access to the aforementioned fibula thin sections for comparative histology and skeletochronology in this study was denied. As summarized by Prondvai et al. (13), modern bone is composed of integrated hydroxyapatite crystals and collagen fibrils, with long axes arranged in parallel. Thus, the orientation of inorganic hydroxyapatite minerals implies collagen fiber arrangement in fossil bone, and this orientation can be inferred visually by the intensity of birefringence associated with anisotropy in polarized light: If the fiber bundles are cut across their longitudinal axis, they will appear bright (anisotropic), whereas if cut transversely, they will remain dark (isotropic). Bone fiber orientation is typically diagnosed from a thin section of bone cut transverse to the long axis of a diaphysis. Bone tissue was classified as parallel fibered or lamellar if uniformly anisotropic with flattened osteocyte lacunae (i.e., lacuna long axis parallel to fiber orientation) and woven if uniformly isotropic with rounded lacunae. Without examining bone tissue in the longitudinal as well as transverse planes, it is impossible to distinguish woven tissue, which should remain isotropic in both orientations, from longitudinally oriented parallel-fibered or lamellar tissue, which is isotropic in the transverse section and can therefore be mistaken for woven tissue. This distinction is critical, because ranges of daily apposition rates are frequently assigned on the basis of fiber orientation [see (13) for discussion]. For this reason, when thin sections were produced for this study, each specimen was sectioned both longitudinally and transversely to more accurately assess bone fiber orientation. Full transverse sections from the femoral and tibial diaphyses of BMRP 2002.4.1 and BMRP 2006.4.4 were removed from the bones using a circular saw with a continuous rim diamond blade. The samples removed were molded and cast, and the cast replicas were restored to the fossil bones. The samples removed were then embedded in Silmar polyester resin, and transverse wafers were cut (\textasciitilde 3 to 4 mm thick) to either side of the line of minimum circumference with a circular saw and continuous rim diamond blade. These wafers were glued to frosted glass slides and polished on a variable speed grinder to mirror finish using a series of 60, 120, 180, 320, 600, 800, and 1200 silicon carbide grit papers and 5- and 1-μ m hand-polish slurries. Final slide thicknesses were between 97 and 177 μ m. Longitudinal sections were made from the embedded diaphysis samples, along a lateral-medial plane in the tibia of BMRP 2002.4.1 and an anterolateralposteromedial plane in the femur of BMRP 2006.4.4, capturing the thickest regions of cortex. Thin sections were analyzed using a Nikon Eclipse Ni-U polarizing microscope and plane-polarized light (i.e., only the polarizer in position), CPL, and cross-polarized light with 540-nm lambda filter. Photomicrographs were taken using a Nikon Fi2 microscope camera. Composite images of each full thin section at ×20 total magnification were obtained through the use of an automated Applied Scientific Instrumentation microscope stage and Nikon Elements: Documentation software. Annually formed CGMs, including LAGs and annuli, were identified and digitally traced using Adobe Photoshop CC. Comparisons of annual zonal thicknesses between CGMs were made along a transect, and measurements were taken in Adobe Photoshop CC. Histological descriptions were made from observations using CPL and follow the terminology of Padian and Lamm (10) and Prondvai et al. (13). A CGM was identified as an annulus if it consisted of a diffuse band of parallel-fibered bone and interpreted as a period of considerably decreased osteogenesis. A LAG was identified as a thin hypermineralized ring, indicating a period when osteogenesis ceased altogether.",
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