NEUROCENTRAL SUTURE COMPLEXITY AND STRESS DISTRIBUTION IN THE VERTEBRAL COLUMN OF A SAUROPOD DINOSAUR -- Preprint doi:10.5710/AMGH.05.09.2016.3009

John Fronimos, Jeffrey Wilson

Abstract


Sauropod dinosaurs achieved extreme body sizes via rapid and sustained growth, permitted in part by the delayed fusion of the neurocentral sutures. Unfused sutures are joined by cartilage, which is more susceptible to dislocation than the bone that replaces it. In sauropods, the competing interests of growth and strength were balanced by the presence of complex, interdigitated neurocentral sutures. Sutural complexity is correlated with the magnitude of stress the suture must resist. To better understand this relationship in sauropods, sutural complexity was measured from the articulated presacral vertebrae of Spinophorosaurus nigerensis, and patterns of gross morphology were observed. Complexity was calculated as a length ratio and as the fractal dimension of the suture. The complexity pattern indicates that stress increased proximally along the neck, was greatest in the anterior dorsal vertebrae, and then decreased towards the sacrum. This stress distribution is attributable to the weight of the neck and the ribcage. The sutural structures are oriented to resist anteroposterior translation of the neural arch in cervical vertebrae and lateral rotation in dorsal vertebrae. This pattern could result from the greater mechanical advantage of an elongate cervical centrum in resisting torsion relative to a short dorsal centrum and the greater mechanical advantage of wide dorsal transverse processes in generating torsion. The patterns and structures described are similar to those of Alligator. Complex neurocentral sutures may represent an archosauriform adaptation that facilitated rapid growth rates and large adult body sizes.

Resumen. COMPLEJIDAD DE LAS SUTURAS NEUROCENTRALES Y LA DISTRIBUCIÓN DEL ESTRÉS EN LA COLUMNA VERTEBRAL DE UN DINOSAURIO SAURÓPODO. Los dinosaurios saurópodos alcanzaron tamaños corporales extremos a través de un crecimiento rápido y sostenido, permitido en parte por la fusión retardada de las suturas neurocentrales. Las suturas no fusionadas están unidas por cartílago, que es más susceptible a la dislocación que el hueso que lo reemplaza. En los saurópodos, los intereses contrapuestos entre el crecimiento y la fuerza mecánica, estaban equilibrados por la presencia de suturas neurocentrales complejas e intercaladas. La complejidad de la sutura se correlaciona con la magnitud de la tensión que la sutura debe resistir. Para entender mejor esta relación en los saurópodos, se midió la complejidad de las suturas en las vértebras presacras articuladas de Spinophorosaurus nigerensis y se observaron patrones morfológicos. Se calculó la complejidad como el ‘length ratio’ y como la dimensión fractal de la sutura. El patrón de complejidad indica que el estrés aumenta proximalmente a lo largo del cuello, siendo mayor en las vértebras dorsales anteriores y disminuyendo hacia el sacro. Esta distribución del estrés es atribuible a soportar el peso del cuello y de la caja torácica. En las vértebras cervicales las estructuras de las suturas están orientadas para resistir los movimientos anteroposteriores del arco neural y, en las vértebras dorsales, las rotaciones laterales. Este patrón podría ser el resultado de una mayor ventaja mecánica, en la resistencia a la torsión, de un centro cervical alargado en comparación con un centro dorsal corto y, de una mayor ventaja mecánica, para generar la torsión, de los procesos transversos anchos de las vértebras dorsales. Los patrones y estructuras descritas son similares a las de Alligator. Las suturas neurocentrales complejas pueden representar una adaptación arcosauriforme, que facilitó tasas de crecimiento rápido y grandes tamaños corporales en el adulto.

Keywords


Sauropoda; Archosauria; vertebrae; sutures; complexity; stress; biomechanics

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