Ужасный клюв фороракоса прошел испытание на прочность

Инженерный метод помог биологам реконструировать способ охоты древних нелетающих птиц фороракосов (семейство Phorusrhacidae), известных как «ужасные птицы» (terror bird). Выглядели фороракосы действительно устрашающе: полтора-два метра в высоту, длинноногие, с непропорционально большой головой и огромным массивным клювом с крючком на конце. Эти птички обитали в Южной Америке примерно от 60 млн до 2 млн лет назад. Казалось, они должны были занимать место главных хищников среди обитателей миоцена и плиоцена и свободно конкурировать с хищными сумчатыми млекопитающими.

Так это или нет, решила проверить международная группа ученых под руководством Федерико Дегранде (Federico Degrange), сотрудника Музея Ла-Плата (Museo de La Plata/CONICET) Национального университета Ла-Плата (Universidad Nacional de La Plata) в Аргентине.

Дегранде и его коллеги из Чили, Австралии и США изучили череп одного вида фороракосов Andalgalornis steulleti. Это представитель группы средних размеров — 1,4 м в высоту и весом около 40 кг. Его 37−сантиметровый череп, датированный возрастом около 6 млн лет, нашли на территории Аргентины.

Ученые провели компьютерную томографию черепа и сравнили его с черепами современных птиц – орлана-белохвоста и кариамы. Кариамы относятся к семейству журавлеобразных, живут в Южной Америке и считаются ближайшими родственниками фороракосов. Они тоже не летают, а бегают (массивный череп могут себе позволить только нелетающие птицы). Но по размерам головы им далеко до вымерших прародителей.

Череп как мост

Главная особенность, отличающая череп фороракоса от остальных, состоит в более жесткой конструкции. У большинства птиц верхняя челюсть – надклювье — относительно подвижно соединена с черепной коробкой, поэтому может подниматься и опускаться. Это дает возможность совершать разнообразные движения клювом. У фороракоса верхняя челюсть утрачивает подвижность, она слита воедино с черепной коробкой. Такая конструкция прочна в продольном направлении, но негибка.

Рис 1. Череп Andalgalornis steulleti (Federico J. Degrange et al)

Биологи построили трехмерную биомеханическую модель черепа фороракоса и применили инженерный метод расчета прочности — конечно-элементный анализ. Он применяется для оценки прочности мостов и основан на оценке нагрузки, действующей на поверхность объекта в разных направлениях. Анализ показал, что хотя череп фороракоса массивен и с виду прочен, у него есть слабые места. Он хорошо переносит нагрузки в передне-заднем и в вертикальном направлении, но плохо приспособлен к боковым.

Недокусил, так добью

Специалисты оценили силу сжатия клюва «ужасной птицы» — если можно так сказать, «силу укуса», которая зависит от строения черепа и клюва и силы челюстных мышц. Это важнейший показатель охотничьих возможностей. Чтобы вычислить ее, они использовали существующую базу данных силы укуса современных птиц и измерили ее у орла и кариамы. Сила укуса фороракоса оказалась равной 133Н (ньютонов). Это больше, чем у орла (50Н) и кариамы (50Н), но меньше, чем можно было ожидать, исходя из массы тела древних птиц. «Они могли компенсировать относительную слабость укуса мощными шейными мышцами, которые позволяли наносить вертикальные удары прочным черепом с крючковатым клювом, как томагавком», — считают ученые.

На лицо ужасная, слабая внутри

Необычное строение черепа скорее ограничивало, чем расширяло охотничьи возможности «ужасных птиц». Они хорошо приспособились к тому, чтобы вонзать клюв и тянуть, но боковых ударов, которые неизбежны в схватке с крупным противником, их череп и полый вертикальный клюв просто не выдержали бы.

Скорее всего, фороракосы предпочитали охотиться на некрупную дичь, которую они могли забить клювом без особого риска. И либо заглотить целиком, либо разорвать клювом, действуя им в передне-заднем направлении. Если же им все же приходилось сражаться с крупной добычей, сравнимой по размерам с ними, то фороракосы использовали стратегию из серии атак-отступлений, как боксер на ринге.

Так что соперничать с миоценовыми хищными сумчатыми, такими как сумчатый волк и сумчатый саблезубый тигр, «ужасные птицы», вероятно, не могли.

Статья об инженерном подходе к вымершим птицам опубликована в открытом доступе в журнале PloS ONE.