The vertebrae of neck and trunk in sauropod dinosaurs are pneumatic, with air spaces around and within the vertebrae. The “air-blisters” are called pneumatic diverticula, which are derivates of air sacs in the anterior trunk regions. The pneumatic diverticula grew so extensively around the neck vertebrae of sauropods that they are mechanically united to large, hose-like systems. A detailed reconstruction of the diverticula is possible by comparison with modern birds, the only living vertebrates with vertebral pneumaticity. In this paper, we investigate and discuss the possibility of support function of the pneumatic structures in the long sauropod necks. In a simple experiment we stabilized a segmented beam of Styrodur™ blocks with air-filled tube-like party balloons. In this segmented beam, a support effect is already evident with one balloon beneath the model neck. The addition of more balloons to the beam, the presence of additional supporting Styrodur wedges, pressure changes within the balloons, and fixation of the balloons, increased the support effect. Pneumatic support in sauropod necks would therefore hinge on the reconstructed extension of the pneumatic diverticula, sufficiently high pressures in the air sacs and pneumatic diverticula, and the presence of mechanisms for pressure regulation in the pneumatic system. Because none of these factors can be reliably reconstructed from sauropod bones, we conclude that the hypothesis of pneumatic neck support in sauropods must remain hypothetical. However, in theory the combination of pneumatic support with other support structures in the sauropod neck is a functioning model for supporting the extraordinarily long necks of sauropod dinosaurs.

Resumen en Español

¿EXISTE UNA OPCIÓN PARA LA ESTABILIZACIÓN NEUMÁTICA DE LOS CUELLOS DE LOS SAURÓPODOS? UNA APROXIMACIÓN EXPERIMENTAL Y ANATÓMICA

Daniela Schwarz-Wings y Eberhard Frey

La reconstrucción de la distribución del principal sistema de divertículos neumáticos de los cuellos de los saurópodos podría insinuar una operación o estabilización neumática del cuello, lo que se ha estudiado considerando los aspectos anatómicos y mecánicos de las reconstrucciones del tejido blando del cuello de los saurópodos, así como los datos experimentales. Se analizó en un experimento el papel mecánico de los cuerpos neumáticos en un viga segmentada de bloques Styrodur™, la cual fue estabilizada con globos en forma de tubo rellenos de aire. Fue evidente el efecto de soporte producido por un sistema neumático ventral. La adición de más sistemas neumáticos incrementó la capacidad de carga de la viga. Además, la presencia o ausencia de bloques intersegmentados proximales, los cambios en la presión de los globos, la fijación proximal de los globos o su fijación a cada segmento respectivamente, y el grado de segmentación de los sistemas neumáticos cambiaron la eficacia del soporte.

En el cuello de los saurópodos, el soporte neumático dependería de la reconstrucción concreta de los divertículos neumáticos, de las suficientemente altas presiones, y de la posibilidad de regular la presión del sistema neumático. El efecto de soporte únicamente sería una opción si los divertículos neumáticos se extendieran más allá del borde del hueso en su superficie ventral, y si uno o más mecanismos de regulación de la presión estuvieran presentes. Debido a que ninguno de estos factores puede ser reconstruido de forma fidedigna con base osteológica, la hipótesis de un soporte neumático para el cuello de los saurópodos permanece hipotética. Sin embargo, la combinación de soporte neumático con otros mecanismos suspensores en el cuello de los saurópodos produce un modelo morfológico consistente con un cuello soportado neumáticamente en saurópodos.

PALABRAS CLAVE: saurópodo; neumatización; sacos aéreos; vértebra, cervical; soporte cervical; modelo Styrofoam™.

Translator: Manuel Salesa

Résumé en Français

Y a t il une possibilité pour une stabilisation pneumatique du cou des sauropodes? – une approche expérimentale et anatomique.

Daniela Schwarz-Wings et Eberhard Frey

La distribution reconstituée des principaux diverticules pneumatiques dans le cou des sauropodes, pouvant indiquer une action ou une stabilisation pneumatique des longs cous, a été étudiée prenant en compte  les aspects anatomiques et mécaniques de la reconstruction des tissus mous ainsi que des données expérimentales. Le rôle mécanique des corps pneumatiques a été expérimenté sur un balancier segmenté composé de blocks de Styrodur™, stabilisé par des ballons en forme de tubes remplis d’air. L’effet de support a été déjà clairement observé avec un système pneumatique ventral. En ajoutant des systèmes pneumatiques supplémentaires la capacité de charge du balancier a été augmentée. De plus, la présence ou l’absence de block inter-segmentaires proximaux, les changements de pression dans les ballons, la fixation proximale des ballons ou leur fixation respectivement sur chaque segment, ainsi que le degré de segmentation du système pneumatique ont également apporté des modifications dans l’efficacité du support.

Dans le cou des sauropodes, un support pneumatique dépendrait de la reconstruction spécifique du diverticule pneumatique, d’une pression suffisamment important et de la possibilité de réguler le système pneumatique. L’effet de support n’était possible que si le diverticule pneumatique s’étendait au-delà de la limite osseuse de leur surface vertébrale, et si un ou plusieurs mécanismes de régulation de la pression existaient. Du fait qu’aucun de ces facteurs ne peut être reconstitué de façon fiable sur une base ostéologique, l’hypothèse d’un support pneumatique du cou des sauropodes reste à démontrer. Toutefois, la combinaison d’un support pneumatique avec d’autres mécanismes de renforcement dans le cou des sauropodes abouti a une reconstruction morphologique cohérente en faveur d’un support assisté par des réservoirs d’air du cou des sauropodes.

Mots clés: sauropode; pneumatique ; air sacs; vertèbre, cervicale ; support du cou ; modèle Styrofoam™

Translator: Olivier Maridet

Deutsche Zusammenfassung

GIBT ES EINE MÖGLICHKEIT FÜR EINE PNEUMATISCHE STABILISIERUNG VON SAUROPODEN-HÄLSEN?
EIN EXPERIMENTELLER UND ANATOMISCHER ANSATZ

Daniela Schwarz-Wings und Eberhard Frey

Die rekonstruierte Verteilung der größeren pneumatischen diverticulären Systeme in Sauropoden-Hälsen könnte auf eine pneumatische Stabilisierung oder Bewegung der langen Hälse hindeuten, was hier anhand von anatomischen und mechanischen Aspekten der Weichteil-Rekonstruktionen von Sauropoden-Hälsen sowie experimentellen Daten untersucht wurde. Die mechanische Aufgabe der pneumatischen Körper in einem verallgemeinerten segmentierten Balken aus Styrodur -Blöcken, stabilisiert durch luftgefüllte schlauchförmige Ballons, wurde in einem Experiment getestet. Ein unterstützender Effekt wurde schon bei nur einem ventralen pneumatischen System deutlich. Weitere pneumatischer Systeme erhöhten die Tragfähigkeit des Balkens. Die Leistungsfähigkeit der Versteifung wurde außerdem durch die An- oder Abwesenheit von proximalen intersegmentalen Blöcken, Druckveränderungen innerhalb der Ballons, proximale Befestigung der Ballons oder Befestigung derselben an jedem Segment sowie dem Grad der Segmentierung des pneumatischen Systems beeinflußt.

Die pneumatische Unterstützung von Sauropoden-Hälsen würde von der genauen Rekonstruktion der pneumatischen Diverticulae, ausreichend hohen Drücken und einer Möglichkeit zur Druck-Regulierung des pneumatischen Systems abhängen. Nur wenn die pneumatischen Diverticulae über ihre knöchernen Begrenzungen auf der Wirbel-Oberfläche hinaus ragen würden, und wären ein oder mehrere Mechanismen zur Regulierung des Drucks vorhanden, könnte ein unterstützender Effekt möglich sein. Da keiner dieser Faktoren zuverlässig rekonstruiert werden kann, bleibt die Hypothese zur pneumatischen Hals-Versteifung bei Sauropoden hypothetisch. Die Kombination von pneumatischer Unterstützung und anderen versteifenden Mechanismen in den Hälsen von Sauropoden führt allerdings zu einem stimmigen konstruktionsmorphologischen Model einer pneumatisch unterstützten Hals-Versteifung in Sauropoden.

Schlüsselwörter: Sauropoden; Pneumatik; Luftsäcke, Halswirbel, Hals-Versteifung; Styrodur - Model

Translator: Franziska Großmann

Translator: Ashraf M.T. Elewa

Polski Abstrakt

CZY MOŻLIWA JEST STABILIZACJA SZYI ZAUROPODÓW DZIĘKI OTWOROM PNEUMATYCZNYM ? – PODEJŚCIE EKSPERYMENTALNE I ANATOMICZNE

Daniela Szwarz-Wings & Eberhard Frey

Zrekonstruowane rozprzestrzenienie głównego systemu uchyłków w szyi zauropoda może wskazywać na pneumatyczną stabilizację lub pneumatyczne poruszanie długiej szyi, co zostało sprawdzone biorąc pod uwagę anatomiczne i mechaniczne aspekty zrekonstruowanych tkanek miękkich w szyjach zauropodów jak również dane eksperymentalne. Mechaniczne znaczenie ciał spneumatyzowanych w zgeneralizowanej segmentowanej wiązce zbudowanej z bloków wykonanych z materiału o nazwie Styrodur^TM, stabilizowanych wypełnionymi powietrzem balonami o kształcie tuby, zostało przetestowane eksperymentalnie. Efekt podtrzymywania był wyraźnie widoczny przy jednym, zlokalizowanym na stronie brzusznej, systemie pneumatycznym. Dodawanie kolejnych systemów pneumatycznych zwiększyło udźwig wiązki. Dodatkowo obecność lub brak bliższych, miedzysegmentalnych bloków, zmiany ciśnień wewnątrz balonów, unieruchomienie balonów w części bliższej lub ich unieruchomienie na każdym segmencie z osobna oraz stopień segmentacji systemu pneumatycznego zmieniały wydajność jeśli chodzi o podtrzymywanie.

W szyjach zauropodów podtrzymywanie pneumatyczne miałoby główne znaczenie przy rekonstrukcji uchyłków pneumatycznych, wydajnych wartości wysokiego ciśnienia oraz możliwości regulacji ciśnienia systemu pneumatycznego. Jedynie gdy uchyłki pneumatyczne sięgałyby poza granice kostne na powierzchni kręgów i jeśli jeden lub więcej mechanizmów regulujących ciśnienie byłoby obecnych, wtedy efekt podtrzymywania byłby opcją. Ponieważ żaden z tych czynników nie może być przekonywująco zrekonstruowany na podstawie kości, hipoteza pneumatycznego podtrzymywania szyi zauropodów pozostaje w sferze spekulacji. Jednakże połączenie pneumatycznego podtrzymywania razem z mechanizmami spinającymi szyje zauropodów daje nam logiczny morfologiczny model konstrukcyjny szyi zauropodów wspomaganych systemem pneumatycznym.

SŁOWA KLUCZOWE: zauropod, pneumatyzacja, worki powietrzne, kręgi, szyjny, wspomaganie szyi, model wykonany ze Styrofoam^TM

Translators: Dawid Mazurek and Robert Bronowicz