Чому динозаври стали такими великими?
Поряд з Tyrannosaurus rex «типовий» зауроподів - Одне з найбільш відомих доісторичних тварин. Ні з чим не сплутаєш його елегантну постать на чотирьох «тумбах», довгий м`язистий хвіст і, найголовніше, величезну шию з малесенькою голівкою.
Своєю масою ці істоти можуть зрівнятися з великими вусатими китами (близько 85 т) і за цим показником набагато перевершують усіх інших сухопутних тварин, коли-небудь ходили по землі. Сам собою виникає питання: чому вони стали такими великими?
Відповідь на нього запропонувала велика міждисциплінарна група вчених, яка опублікувала відразу 14 статей в онлайн-журналі PLoS ONE.
Чи справді зауроподи тримали шию таким чином? (Зображення Mark Witton.)
Гігантизм зауроподів пояснюється по-різному, найчастіше виникають найекзотичніші версії - аж до того, що в мезозойської ери (бл. 66-252 млн років тому) сила тяжіння Землі була менше, ніж зараз. При цьому впадає в очі дивно невелика кількість наукових досліджень на цю тему. Можливо, справа в банальній складності питання і необхідності возитися з крихкими кістками.
Але що б не стояло за цією недбальством, вона йде в минуле: кілька років тому уряд Німеччини виділив солідні гроші на вивчення біології зауроподів, і особливо походження їх гігантизму. Мартін Зандер з Боннського університету курирує роботу 13 груп, що представляють найрізноманітніші наукові дисципліни. Опубліковано більше сотні праць і книга, їх підсумовує. І ось - нова порція висновків, що стосуються декількох аспектів біології зауроподів, а також того, як модель розвитку їх гігантизму, підготовлена цими вченими, узгоджується з поточними дослідженнями.
«Каскадна модель еволюції» (Evolutionary Cascade Model, ECM) - основна гіпотеза цієї групи. Передбачається, що унікальна суміш прогресивних і примітивних ознак - фізіологічних і функціонально-анатомічних характеристик, якими володіли предки зауроподів, - привела до кількох каскадів еволюційних змін, який породив позитивний зворотний зв`язок і тим самим дозволив зауроподам перерости всіх інших сухопутних тварин.
Що ж це була за суміш? Якщо коротко - висока інтенсивність обміну речовин і дихальний апарат в пташиному стилі, тобто з односпрямованим потоком повітря крізь легкі (прогресивні ознаки), укупі з породженням великої кількості маленьких дитинчат і вкрай слабкою обробкою їжі в роті (примітивні ознаки).
Гіпотеза полягає в тому, що ці ознаки вважаються причиною п`яти взаємопов`язаних еволюційних каскадів, які торкнулися 1) розмноження, 2) харчування, 3) будови голови і шиї, 4) легких і 5) обміну речовин.
Для прикладу давайте візьмемо каскад змін в харчуванні.
Почнемо з такого примітивного ознаки, як повне або майже повна відсутність жування. Отже, ранні зауроподи (нагадаємо, вони були строгими вегетаріанцями) за лічені хвилини з`їдали дуже багато, оскільки між попаданням їжі в рот і ковтанням проходило зовсім мало часу. І дійсно, в історії зауроподів спостерігається розвиток декількох спеціалізацій, які сприяють прискореному прийому їжі: дуже швидке оновлення зубів, розширення щелеп і втрата щік - все заради того, щоб якомога швидше зірвати і побільше проковтнути. У особин з такими ознаками з`явилося перевага: за даний проміжок часу вони отримували більше енергії, ніж інші види, - за умови, звичайно, що травна система могла прийняти і обробити такий обсяг погано пережованої їжі. Результатом стало швидке зростання тіла.
Для прояснення питання про взаємозв`язок каскадів давайте простежимо, як ці зміни могли бути пов`язані з анатомічними трансформаціями голови і шиї. Оскільки не треба було ретельно пережовувати їжу, зауроподи не потребували відповідному наборі м`язів. Наприклад, у сучасних ссавців жувальні м`язи і розміри голови, якій доводиться їх нести, збільшуються згідно з розмірами тіла. А наші герої щасливо цього уникли, зберігши маленьку голову, руху якої вимагали менше енергії. Це дозволило шиї подовжиться, і зауроподи стали з`їдати більше їжі, не сходячи з місця, і тим самим отримувати ще більше енергії з мінімальними витратами. Тому обсяг травної системи продовжував зростати, а разом з ним - і розміри тіла.
Це приклад тільки одного каскаду і однієї каскадної ланцюжка. Вся модель, звичайно, складна і прагне пояснити цілий ряд трансформацій, які в кінцевому рахунку виходять за рамки еволюції зауроподів і ведуть до появи черепах і ссавців.
Апатозавр на водопої (ілюстрація Wikimedia Commons).
Чи можна говорити, що тим самим ученим вдалося-таки намалювати єдину картину біології зауроподів? На жаль, не зовсім.
Усередині цієї чудової групи вчених теж є розбіжності. Наприклад, вони стосуються того, під яким кутом зауроподи тримали шию. Всі висновки на цей рахунок випливають зазвичай з цифрових моделей скелета, в яких кожна кісточка з`єднується з сусідніми і підганяється таким чином, щоб суглобові фасетки перетиналися максимально або мінімально. Таким чином встановлюються діапазон рухів (ДД) і нульове Остеологічні положення (НОП), при якому поверхні суглобів максимально перетинаються і кістки підходять один до одного найзручнішим чином.
В одній з тих чотирнадцяти статей йдеться про те, що, судячи з НОП, зауроподи тримали шию прямо, а не вигинали її на манер лебедів. ДД ж не дозволяв голові підніматися високо, тоді як широкі руху в горизонтальній площині були можливі, так що порівняння з жирафами неправомірні.
Нічого подібного, стверджують колеги цих вчених в іншій статті. Вони впевнені, що НОП нічого не говорить про висоту, на яку могла піднятися голова, і що всі ці моделі не враховують впливу на обидва показники м`яких тканин, в тому числі суглобових хрящів і міжхребцевих дисків.
Але якщо ми хочемо прояснити ситуацію з гігантизм зауроподів, то основною проблемою все-таки залишається вимір маси тіла вимерлих тварин, від яких залишилися лише кістяки, до того ж не завжди повні. Завдання дуже важка. Пропонуються найрізноманітніші методи оцінки маси, які призводять до великого розкиду результатів.
Одна з нових статей описує чергову спробу, причому в центрі уваги виявляється найбільший зауроподів - аргентинозавр (див. Відео нижче). За результатами сканування повного скелета кістки оточили опуклим каркасом - це один з найпростіших способів оцінки обсягу динозавра, а потім і маси. Метод випробовувався на сучасних тварин і дав непогані результати. Можливо, 85 т, якими наділили аргентинозавра на цей раз, і справді недалекі від істини.
Тільки не треба забувати, що цей скелет і сам є комп`ютерної мозаїкою різних родинних зауроподів, бо аргентинозавр відомий за досить фрагментарним останкам. Більш того, жоден зауроподів сверхгигантских розмірів не потрудився відправити в наш час повний скелет, так що обчислення верхньої межі маси цих динозаврів залишається проблемою.
Можна спробувати не допустити її виміром слідів: є надія розрахувати масу по поробила їх силі. На відміну від скелетів, сліди найбільших зауроподів добре представлені в палеонтологічного літопису. Перевірка методу на слонах теж непогано його зарекомендувала.
Але поки цього не зроблено, адже потрібно знати фізичні властивості тієї субстанції, в яку ступив динозавр, і то, як вона деформується при подібному впливі. Що це була за субстанція і в якому стані перебувала в той момент, нелегко з`ясувати по каменю.
Як бачимо, таємниця одного з найвидатніших прикладів біоінженерії не розгадали. Все-таки дуже важке це заняття - відновлювати «вчора» по тому, що залишилося від нього сьогодні.
