Tyrannosaurus Rex var en av de största köttätande dinosaurierna genom tiderna – den mätte upp till 42 fot lång från nos till svans och skulle ha vägt in runt 16, 000 pund. Och det var inte ensamt – några av dess mindre kända kusiner kunde nå nästan samma storlek. Det har forskare tidigare visat T Rex blev så stor genom att gå igenom en enorm tillväxtspurt för tonåringar, men de visste inte om det var sant för bara tyrannosaurier, bara de och deras nära släktingar, eller kanske alla stora bipedala dinosaurier. Genom att skära i dinosaurieben och analysera tillväxtlinjerna, ett team av forskare fick sitt svar: T Rex och dess närmaste släktingar hade en besvärlig tonårstid under vilken de blev enorma, medan dess mer avlägsna kusiner i allosauroidgruppen fortsatte att växa lite varje år.

"Vi ville titta på ett stort antal olika teropoder, tvåbent, köttätande dinosaurier, för att förstå bredare mönster av tillväxt och utveckling i gruppen, säger Tom Cullen, huvudförfattaren till en ny studie i Proceedings of the Royal Society B .

Cullen, en vetenskaplig filial till Chicago's Field Museum som arbetade med studien som postdoktor vid Field med museets dåvarande curator för dinosaurier, Pete Makovicky, förklarar, "Vi ville särskilt förstå hur några av dem blev så stora - är vägen T Rex växte det enda sättet att göra det?"

Makovicky, en vetenskaplig filial till fältet och professor i geologi vid University of Minnesota och tidningens senior författare, säger, "Vi ville också se om vi fick samma tillväxtrekord när vi tog prov på en mängd olika ben från samma skelett. Alla dessa frågor om hur teropoder växte kan påverka vår förståelse av gruppens utveckling." Makovicky utvecklade idén till projektet och upptäckte även flera av dinosaurierna vars fossiler analyserades i studien.

Frågan om hur ett djur blir stort är en förvånansvärt knepig fråga. Däggdjur som vi tenderar att gå igenom en period av extrem tillväxt när vi är unga och sedan förbli i samma storlek när vi når vuxen ålder. I andra djurgrupper, det är inte alltid fallet. "Tillväxttakten varierar verkligen, det finns ingen storlek som passar alla, säger Cullen, som nu är postdoktor vid North Carolina Museum of Natural Sciences. "Fåglar har supertillväxt och når vuxenstorlek riktigt snabbt, medan reptiler som alligatorer och olika ödlor och ormar har utökad tillväxt. Med dem, en verkligen, riktigt stor individ är förmodligen riktigt gammal."

Theropod dinosaurier gillar T Rex är släkt med både moderna fåglar och reptiler – faktiskt, fåglar är de enda levande teropoderna. Forskare visste inte om teropodernas tillväxtmönster var mer som fåglars eller reptiler, och de olika tillväxtmönstren kan göra stor skillnad i hur ett djur passar in i dess ekosystem. Att bli stor snabbt kan vara en konkurrensfördel – det gör det lättare för dig att jaga andra djur, och svårare för andra djur att jaga dig. På baksidan, en tillväxtspurt kräver mycket energi och resurser, och det är lättare att bara bli lite större varje år hela livet. "Mängden kalorier T Rex skulle ha behövt under sin tillväxtspurt skulle ha varit löjligt, säger Cullen – som en tonårspojke som åt dinosaurier istället för oändliga påsar med bagelbett.

Den centrala kampen för att studera utdöda djur är att vi aldrig kan veta exakt hur deras liv såg ut. Eftersom vi inte direkt kan observera en dinosaurie växa som ett levande djur idag, det är svårt att säkert veta hur de växte. Men det finns ledtrådar i fossilregistret som avslöjar tillväxtmönster.

""Inuti benen när ett djur växer, det finns markeringar som trädringar som visar ungefär hur gammalt djuret är, hur mycket den växer varje år, och ett antal andra faktorer, " säger Cullen. För att hitta dessa tillväxtringar, Cullen och hans kollegor skivade in fossiler från dussintals dinosaurier, från sådana storleken på hundar och strutsar hela vägen upp till SUE the T Rex , en av de största rovdinosaurierna som någonsin upptäckts. Att få tillgång till skiva och tärna ben från en rad olika theropoder var inte ett lätt förslag, men Cullen och Makovicky nådde ut till kollegor över hela världen. Särskilt, de kunde få prover från en ny art av jättecarcharodontosaurid från Argentina som en direkt motpol till T Rex —Detta exemplar upptäcktes och grävdes ut av Makovicky i samarbete med hans argentinska kollegor Juan Canale och Sebastian Apesteguía. Författarna nådde också ut till kollegor vid Palaeontological Museum of Liaoning för prover av små teropoder som är nära besläktade med fåglar för att få den evolutionärt breda provtagning som behövs för att fastställa storskaliga mönster i livshistorien.

"Det allra första exemplaret som Field Museum lät mig prova var SUE the T Rex , " säger Cullen. "Det var ganska nervkittlande, eftersom det är ett så berömt fossil." Han använde en kärnborr med diamantspets för att skära en liten cylinder ur SUEs lårben. Det resulterande provet var ett tvärsnitt av SUEs ben, med linjer som trädringar som visar var nytt ben vuxit fram år efter år. (Den saknade benbiten, about the size of a D battery, was then filled in with brown putty—if you go see SUE at the Field Museum and look closely at their left thigh you might see it, but it's hard to spot.)

Tillbaka i labbet, Cullen sliced samples of bone so thin that light could pass through them and examined them under a microscope.

"Most animals have a period every year when they stop growing, traditionally suggested to be in times like winter when food is more scarce. It shows up in the bones as a line, like a tree ring, " says Cullen. By analyzing these growth lines and examining the bones for new regions of growth, scientists can get a rough estimate of an animal's age and how much it grew every year. There are also clues in the bone structure.

"You can see all the little areas where the bone cells have grown, and the structure of the blood vessels that passed through the bone, " says Cullen. "These vascular canals tell you roughly how fast the bone was growing. If the canals are more organized, the bone was being laid down more slowly, and if the structure is chaotic, it grew more quickly."

Cullen found that the dinosaurs' growth patterns depended on their family. T. rex and its relatives, the coelurosaurs, showed a period of extreme growth during adolescence, and then they petered out once they reached adulthood. SUE the T. rex lived to be about 33 years old, the oldest T. rex currently known, but reached their adult size by age 20. To reach this massive size, SUE probably gained around 35-45 pounds per week as a teenager. Their more distant cousins, the allosauroids, could reach sizes almost as big as T. rex , but they grew slowly throughout their whole lives, with the oldest individuals reaching the biggest sizes. Among the allosauroids they sampled was the new carcharodontosaur from Argentina. It reached a size close to that of SUE, but didn't reach adult size until its 30s to 40s. It lived to be up to about 50 years old or more, making it the oldest individual theropod on record aside from some birds like parrots. Despite its advanced age, it had only stopped growing 2 or 3 years before becoming part of the fossil record.

The discovery opens up questions about how these predatory dinosaurs interacted with the animals around them. The plant-eating dinosaurs that lived alongside T. rex were ceratopsians like Triceratops and duck-billed hadrosaurs. They grew extremely quickly in adolescence too. The slow-growing allosauroid carnivores lived with big long-necked sauropods that also grew quickly, but appear to have taken a long time to reach full size. Those trends might be related.

"We can't say for sure, but there could be some kind of a selection pressure for the coelurosaurs to grow quickly to keep up with their prey, or pressure for the allosauroids to keep growing in size since their prey were also increasing in size, " says Cullen. "But it's pretty speculative. It could be that even if the sauropods kept growing their whole lives, they had so many offspring that there was always something small to eat."

But while the research hasn't answered all the questions about why dinosaurs like T. rex grew the way they did, Cullen says, "I'm really proud of this work. It's the culmination of many, many years of small projects building towards sort of a central goal of trying to understand growth in these animals and understand the many factors that influence these patterns. This doesn't resolve it, but this is a really big step forward."