Новое в науке о динозаврах

Самые экспрессивные палеонтологические иллюстрации были созданы Зденеком Бурианом более семидесяти лет назад; с тех пор изменились детали реконструкций, но мир динозавров всё так же восхищает нас. Картина З. Буриана с сайта zburian.narod.ru

Новейшие достижения техники в дополнение к старейшим положениям сравнительной анатомии помогают глубже заглянуть в мир динозавров. Многие аспекты анатомии и биологии динозавров уже поддаются расшифровке: можно довольно уверенно судить об образе жизни разных динозавров, механике их ходьбы, бега, движения челюстей и головы, о строении костей, мозга, дыхательной системы, органах чувств и даже популяционной динамике. Теперь почти все черты динозавров — и анатомические, и поведенческие — принято сравнивать с птичьей организацией. Специалисты называют древних монстров неуклюжим термином «нептичьи динозавры» (nonavia dinosaurs), противопоставляя их собственно птицам.

Осенний выпуск журнала “Anatomical record” («Анатомические записки»), приуроченный к двухсотлетию Чарльза Дарвина, целиком посвящен динозаврам — и не только их анатомии, но и всем другим аспектам их загадочной и притягательной жизни.

Команда Кеннета Лаковары на раскопках в Аргентине, докуда Дарвину оставался всего один день пути. Добыча ученых — почти полный скелет гигантского позднемелового (65 млн лет) динозавра. Фото с сайта drexel.edu

Как пишет во вводной статье редактор выпуска Петер Додсон, ведущий специалист по ископаемым рептилиям из Пенсильванского университета, сам Дарвин не имеет прямого отношения к науке о динозаврах. Хотя во время своего знаменитого натуралистского путешествия по побережью Южной Америки Дарвин открыл множество местонахождений с плейстоценовыми млекопитающими, до динозавров он так и не добрался. Ему оставался всего один день пути до того места, где сейчас Кен Лаковара (Kenneth Lacovara) из Университета Дрекселя ведет раскопки меловых динозавров.

Конечно, публичный интерес к динозаврам подогревается неординарной внешностью и свирепостью этих гигантских хищников. Но интерес научный, хотя и подпитывается за счет человеческого влечения ко всему опасному и страшному, всё же основан на восприятии динозавров как интереснейшего этапа в эволюции жизни на Земле. Поэтому специалисты по динозаврам посвятили этот специальный выпуск основоположнику эволюционной теории.

Сегодня ученым доступны такие методы исследования и такой материал, о каких натуралисты XIX и XX веков не могли и мечтать. Среди таких методов — рентгеновская сканирующая томография, которая позволяет детально реконструировать внутренние полости скелета. А количество находок в Китае в последние годы настолько велико, что китайский материал теперь позволяет ученым сделать кое-какие заключения о популяционной динамике динозавров.

Анатомия мозга и поведение хищных динозавров

Что палеонтолог может сказать о строении мозга ископаемого животного? Казалось бы, почти ничего — ведь мозговая ткань не сохраняется в ископаемом состоянии. Всё, что имеет палеонтолог, это слепки черепных коробок — вместилищ мозга, — да и то если особо аккуратному препаратору удается очистить без огрехов эту внутреннюю полость или сделать последовательный ряд распилов целого черепа. Но таких работ единицы, и чаще всего сделанные в них выводы легко оспорить, сославшись на недостаточную сохранность материала или на специфику образцов.

Рентгеновская сканирующая томография позволяет обойти все эти трудности: череп можно не разрушать и не распиливать, нет необходимости очищать кости от вмещающей породы, для исследования становится доступен массовый материал. А исследователь получает объемное изображение «слепка» черепной коробки и далее, следуя сравнительно-анатомическим правилам, реконструирует внешность и форму мозга. Вот такие превосходные и исключительно наглядные реконструкции черепной коробки Tyrannosaurus rex получили ученые из Университета Огайо (рисунки внизу). Эти реконструкции можно рассмотреть со всех сторон, получить представление об относительных размерах и расположении разных отделов мозга, направлении и ходе черепно-мозговых нервов и сосудов в мозгу.

Реконструированный слепок черепной коробки Tyrannosaurus rex (образец из нью-йоркского Музея естественной истории). На слепках видны элементы кровеносной системы и внутреннего уха. Буквы обозначают: A — left lateral; B — ventral; C — dorsal; D — rostral; E — caudal views; стереопары: F — right lateral; G — left lateral; H — dorsal; I — ventral; J — caudal; K — rostral views. Длина масштабной линейки — 4 см. Расшифровку остальных обозначений на рисунках A–E см. здесь. Рис. из статьи Lawrence M. Witmer, Ryan C. Ridgely. New Insights Into the Brain, Braincase, and Ear Region of Tyrannosaurs (Dinosauria, Theropoda), with Implications for Sensory Organization and Behavior

Как выяснилось, мозг тираннозавров отлично обслуживал своих хищных носителей. Он был настроен на тонкое обоняние, восприятие низкочастотных звуков, быстрые скоординированные движения головы и глаз.

Все динозавры имели острый нюх, но у тираннозавров он был развит еще лучше, судя по сравнительному размеру обонятельных долей. Очевидно, что обоняние играло заметную роль и в охотничьих повадках этих гигантов, и в половом поведении. Замечу, что анализ, сделанный учеными из Университета Огайо, не подтвердил наличия у тираннозавров вомероназального органа, ответственного за восприятие половых запахов.

Низкочастотные звуки меньше всего искажаются расстоянием и плотной средой, поэтому предположительно тираннозавры слышали издалека и скорее звуки, издаваемые крупными животными.

Этим гигантским ящерам было доступно быстрое движение глаз, скоординированное с движениями головы и шеи. Подобным свойством обладают те, кто в охоте ориентируется на зрение.

Томография когтя велоцираптора и его объемная реконструкция. Из статьи Phillip L. Manning et al. Biomechanics of Dromaeosaurid Dinosaur Claws: Application of X-Ray Microtomography, Nanoindentation, and Finite Element Analysis

Велоцирапторы — древесные хищники

Велоцирапторы — прославленные герои «Парка юрского периода», скоростные равнинные хищники, охотившиеся стаями, наделенные страшным оружием — зубастыми челюстями и четырьмя гигантскими когтями (по одному на каждой из четырех конечностей). Однако недавние китайские находки скорректировали внешний вид этих пресмыкающихся — оказалось, что они были покрыты перьями, что допускает у них теплокровность. Новые исследования тонкого строения когтей и костей велоцирапторов вкупе с биомеханическими моделями позволили группе исследователей из Англии и Америки доказать иную гипотезу об их образе жизни. Ученые сравнили устройство и геометрию когтей на задних лапах велоцираптора с когтями хищных (древесных) птиц, наземных птиц и млекопитающих.

Это сравнение со всей определенностью переместило велоцираптора с земли на дерево. Эти хищники использовали колоссальные когти на ногах вовсе не только для того, чтобы убивать толстокожую жертву. При лазаньи по стволу они опирались на этот коготь. По-видимому, увеличение размеров когтя помогало удерживать на вертикальном стволе довольно крупное животное — всё же эти динозавры весили около 15 кг. Опорой для древесного хищника также служил негибкий хвост.

Новые реконструкции еще больше сблизили эту группу динозавров с птицами: перья, древесный образ жизни, да еще и в стае. Ученые нашли также косвенные доказательства того, что у велоцирапторов был «птичий» механизм фиксации когтей. Когда птица сидит на ветке, то ее когти обхватывают ветку и фиксируются в этом положении без затрат энергии. Это позволяет птице, например, спать, сидя на дереве и не падать вниз.

Слева: классическая реконструкция велоцираптора — страшного хищника, вооруженного огромными острыми когтями на втором пальце. Справа: последняя реконструкция этого ящера — древесного хищника, опирающегося при лазаньи по стволу на когти и жесткий хвост. Изображения с сайтов www.livescience.com и www.flickr.com/photos/animalmakers

Травоядные динозавры вели турнирные бои

Зоологи из Университета штата Флорида (США), Пекинского и Шеньянского университетов (Китай), а также Музея естественной истории в Чикаго (США) впервые изучили возрастной состав мелких динозавров Psittacosaurus lujiatunensis. Материал, которым они располагали, был на редкость представительным — целых 80 экземпляров различного размера и возраста. Все они происходили из одного временного слоя (раннемеловое местонахождение Yixian Formation в Китае) и, по всей вероятности, все вместе погибли в лавовом потоке при извержении вулкана. Так что эта коллекция является более или менее адекватным слепком с реальной популяции пситтакозавров.

Пситтакозавры (Psittacosaurus) — мелкие (около 2 м и 20 кг) травоядные рептилии, которые бегали на двух ногах, откладывали несколько десятков яиц и заботились о своих малышах. Но только с появлением массового материала стало возможным судить об их «демографии». Ученые оценили распределение особей по возрасту и размерам, на основе этих показателей построили кривую выживания, то есть зависимость вероятности смерти от возраста.

Продолжительность жизни динозавров Psittacosaurus lujiatunensis. Рис. из статьи Gregory M. Erickson et al. A Life Table for Psittacosaurus lujiatunensis: Initial Insights Into Ornithischian Dinosaur Population Biology

В популяции были представлены и малыши весом от нескольких сотен граммов, и взрослые крупные животные с максимальным весом 25 кг. Возраст — от нескольких месяцев до 11 лет. Возраст определяли по костям: на поперечных срезах (шлифах) костей видны кольца ускоренного и замедленного роста, обозначающие годовой цикл. Частотное распределение по возрастам говорит о том, что в этой популяции была высокая смертность среди молодых животных (до трех лет), затем до 8 лет животные жили без особых потерь, а после 8 лет вероятность смерти вновь возрастала.

Высокая смертность молодняка — это обычное явление практически для всех видов животных. Но увеличение смертности по достижении определенного возраста может быть связано как с наступлением старости, так и половой зрелости. У крупных животных, для которых характерна забота о потомстве и резко понижен пресс хищников, превалирует первая причина. К видам с такой кривой смертности относятся человек и животные, содержащиеся в неволе.

У других крупных животных увеличение смертности во взрослом возрасте может обозначать достижение половой зрелости и конкуренцию, связанную с изменением статуса. Как известно из прежних работ, именно так обстоят дела со смертностью у тираннозавров. В этом мелкие пситтакозавры сходны со своими крупными хищными сородичами: видимо, и они конкурировали за доминантное положение в своих сообществах. Сходное устройство внутрипопуляционных отношений обеспечило сходство кривых смертности у таких непохожих животных. Авторы исследования предположили также, что демографические свойства могут быть одинаковыми у всех динозавров.

Источники:
1) The Anatomical Record: Advances in Integrative Anatomy and Evolutionary Biology. V. 292. Issue 9.
2) Lawrence M. Witmer, Ryan C. Ridgely. New Insights Into the Brain, Braincase, and Ear Region of Tyrannosaurs (Dinosauria, Theropoda), with Implications for Sensory Organization and Behavior // The Anatomical Record: Advances in Integrative Anatomy and Evolutionary Biology. V. 292. Issue 9. P. 1266–1296.
3) Phillip L. Manning, Lee Margetts, Mark R. Johnson, Philip Withers, William Sellers, Peter L. Falkingham, Paul M. Mummery, Paul M. Barrett, David R. Raymont. Biomechanics of Dromaeosaurid Dinosaur Claws: Application of X-Ray Microtomography, Nanoindentation, and Finite Element Analysis // The Anatomical Record: Advances in Integrative Anatomy and Evolutionary Biology. V. 292. Issue 9. P. 1397–1405.
4) Gregory M. Erickson, Peter J. Makovicky, Brian D. Inouye, Chang-Fu Zhou, Ke-Qin Gao. A Life Table for Psittacosaurus lujiatunensis: Initial Insights Into Ornithischian Dinosaur Population Biology // The Anatomical Record: Advances in Integrative Anatomy and Evolutionary Biology. V. 292. Issue 9. P. 1514–1521.

См. также:
В. Р. Алифанов. Небесные драконы, допотопные грешники и змеи Ирландии — исторический очерк исследования динозавров.

Елена Наймарк