Одна из причин, по которой дети и взрослые так любят динозавров — это их огромные размеры. Травоядные диплодок и брахиозавр, весили около 25-50 тонн, а хищные тиранозавр или спинозавр могли достигать веса в 10 тонн. Судя по окаменелостям, динозавры были более массивны, чем любая другая группа сухопутных животных, которая когда-либо существовала (в океанах обитали существа крупнее динозавров: некоторые акулы, киты и морские рептилии, такие как ихтиозавры и плиозавры).
Необычный размер динозавров требует объяснения, которое согласуется с другими теориями о динозаврах. Например, невозможно обсуждать гигантизм динозавров в отрыве от споров вокруг того были ли динозавры теплокровными или хладнокровными.
Так каково современное объяснение больших размеров динозавров? Вот несколько наиболее популярных теорий.
Теория № 1: Изобилие пищи
В течение мезозойской эры, от начала триасового периода 250 миллионов лет назад до исчезновения динозавров в конце мелового периода 65 миллионов лет назад, содержание углекислого газа в атмосфере было намного выше, чем сегодня. Если вы следите за дебатами о глобальном потеплении, то вы знаете, что увеличение содержания углекислого газа вызывает повышение температуры, а это значит, что климат в эпоху динозавров был гораздо теплее, чем сегодня.
Сочетание большого количества углекислого газа (который растения используют в процессе фотосинтеза) и высоких температур (средняя дневная температура 32–38 градусов по Цельсию, даже вблизи полюсов) создавало прекрасные условия для развития растительности. Древний мир был покрыт густыми тропическими лесами и болотами. Зауроподы, возможно, обрели свои гигантские размеры просто потому, что под рукой был постоянный избыток пищи.
Теория № 2: Самооборона
Если первая теория кажется слишком простой, то вы правы: простое наличие огромного количества пищи не обязательно влечет за собой появление гигантских животных, которые стремятся съесть ее до последней крошки. В конце концов, Земля была населена микроорганизмами на протяжении 2 миллиардов лет до появления многоклеточной жизни, и у нас нет никаких доказательств наличия бактерий весом в 1 тонну. На эволюцию животных всегда влияет множество факторов. Это значит что недостатки гигантизма (медленное размножение и необходимость ограниченного размера популяции) могли легко перевесить его преимущества с точки зрения сбора пищи.
Тем не менее, некоторые палеонтологи считают, что гигантизм давал свои преимущества. Например, взрослый гадрозавр рода Shantungosaurus, был бы практически неуязвим для хищников, даже если бы тираннозавры охотились в стаях. Эта теория дает косвенные доказательства того, что тиранозавр рекс был падальщиком, а не активным охотником. Так или иначе, гигантские динозавры извлекли выгоду из своего размера, потому что в противном случае они бы вымерли гораздо раньше.
Теория № 3: Гигантизм динозавров был побочным продуктом хладнокровности
Многие палеонтологи, изучающие гигантских травоядных динозавров, таких как гадрозавры и зауроподы, считают, что они были хладнокровными по двум веским причинам. Во-первых, исходя из наших современных физиологических моделей, теплокровный Mamenchisaurus сваривал бы себя изнутри, и быстро погибал от перегрева. Во-вторых, никакие из сухопутных млекопитающих даже не приближаются к размеру самых крупных травоядных динозавров, максимальный вес слонов — несколько тонн, а самое большое наземное млекопитающее в истории — индрикотерий достигал всего 14-18 тонн.
Вот тут-то и появляются преимущества гигантизма для хладнокровных. Когда зауропод дорастал до достаточно больших размеров, он достигал «гомеотермии», то есть постоянной температуру тела, несмотря на условия окружающей среды. Это связано с тем, что динозавр размером с дом может в течение дня медленно нагреваться на солнце, и так же медленно охлаждаться ночью, что позволяло сохранять примерно одинаковую температуру тела. В то время как, мелкие рептилии быстро прогреваются и теряют тепло, что постоянно ставить под угрозу их жизнь. Рептилии с низкой температурой тела становятся вялыми и могут стать легкой добычей хищников.
Проблема в том, что гипотеза о хладнокровности травоядных динозавров противоречит гипотезе о теплокровности плотоядных динозавров. Хотя не исключено, что теплокровный тиранозавр мог бы сосуществовать вместе с хладнокровным титанозавром, эволюционные биологи были бы намного счастливее, если бы все динозавры, которые все-таки произошли от одного и того же общего предка, обладали однородным метаболизмом, даже если бы это был «промежуточный» метаболизм, который не соответствует ничему, что есть у современных животных.
Так почему динозавры такие большие?
Если приведенные выше теории оставят вас в замешательстве, как и до чтения этой статьи, вы не одиноки. Дело в том, что наземные животных гигантского размера существовали только в мезозойскую эру. До и после динозавров, большинство земных существ были разумного размера, за редкими исключениями (такими как вышеупомянутый индрикотерий). Скорее всего, на размер динозавров влияли все эти факторы, а возможно какие-то еще. Понимание причин гигантизма динозавров требует новых исследований.
Сложно представить, что когда-то по местам наших городов ходили настоящие великаны
Кажется, что жизнь гигантов намного проще, жизни маленьких существ. Со стороны хищников опасности меньше, тебе доступно больше ресурсов, тело лучше сохраняет тепло, а чтобы пройти большое расстояние потребуется меньше энергии. Однако тут есть и минусы, ведь, чем больше ты весишь, тем больше сила тяжести действует на твой скелет.
Но природа хитра, поэтому строение динозавров сильно отличалось от современных крупных животных. Во-первых, у динозавров была развита система воздушных мешков. Эти «кармашки» были соединены с легкими, но при этом они также присоединялись к костям в области шеи, спины и бедер. Это позволяло снижать массу тела и поддерживать скелет, ведь, как показали недавние исследования, чем больше было животное, тем больше губчатой костной ткани у него было. Именно она делает кости более легкими, но прочными.
Помимо этого, чтобы понять гигантизм динозавров стоит посмотреть на современных крупных животных. Что дает им размер? Например, шея жирафа позволяет ему дотягиваться до более высокой листвы, недоступной другим травоядным, что дает преимущество в сборе пищи. Чтобы поддерживать такую длинную шею, нужно также иметь более крупное тело. А согласно недавним исследованиям, динозавры не жевали пищу, а скорее заглатывали сразу целые кроны с ветвями. Это позволяло им быстрее насыщаться.
Некоторые динозавры были настолько огромными, что сегодня тяжело представить, чтобы животные таких размеров ходили по поверхности нашей планеты. Большинство наземных животных не превышают 3 метров в росте, при этом некоторые динозавры были сопоставимы размером с пятиэтажный дом. В то время как наши далекие предки были размером с мышь, такие динозавры как завропосейдон, диплодок и аргентинозавр сотрясали нашу Землю. Но почему мы — наземные млекопитающие — никогда даже и близко не могли приблизиться к таким размерам?
На сегодня среди млекопитающих самым большим животным является синий кит. Он может достигать 30 метров в длину и весить около 200 тонн, что примерно в 2 раза тяжелее самого тяжелого динозавра. Однако вода является совершенно иной средой, что позволяет достигать невозможных для наземных существ размеров. Так или иначе, когда речь заходит о самых больших наземных животных, то млекопитающие не в состоянии составить конкуренцию не-птичьим динозаврам, то есть динозаврам, которые не являются прародителями современных птиц.
Существуют различные споры по поводу самого большого динозавра. Но на сегодня самым большим динозавром принято считать патаготитана. Ученые высчитали, что длина этого динозавра достигала 37 метров, а масса 69 тонн.
Для сравнения, самыми большими и тяжелыми млекопитающими когда-либо обитавшими на суше являются индрикотерии, достигавшие около 5 метров в высоту и массы в 17 тонн. Они жили примерно 20-30 млн лет назад во многих частях Азии и в основном питались листьями и ветвями.
Но как вышло, что такие два эволюционно успешных класса животных достигли настолько разных успехов в размерах? Часть ответа на этот вопрос кроется в способе производства потомства. Индрикотерий, как и мы с вами, являлся плацентарным млекопитающим, то есть млекопитающим, который вынашивает своего ребенка в себе до того, как он разовьется до относительно развитой стадии.
Большие млекопитающие, такие как жирафы, носороги или слоны, растят по одному детенышу за раз, а период беременности может длиться дольше, чем время жизни некоторых животных. Слоны, к примеру, вынашивают своих детенышей больше двух лет.
Что касается динозавров, то им вообще не нужно вынашивать своих детенышей. Все потому, что динозавры вместо вынашивания просто откладывали яйца. Самые большие динозавры откладывали яйца по размеру не больше футбольного мяча. Но как эта разница в производстве потомства сказывается на размере?
Большие млекопитающие рождают больших детенышей, что требует больших временных и энергетических затрат. Динозавры же полностью избежали данной проблемы. Вместо того, чтобы иметь больших детенышей, огромные динозавры откладывали относительно маленькие яйца, которые содержали в себе таких же маленьких детенышей. Данный способ производства потомства — развитие плода вне тела матери — снял бремя беременности, тем самым убрав ограничение по росту.
Но у динозавров было и другое эволюционное преимущество. Скелеты динозавров обладали особенностью, которой нет у млекопитающих: сложная система воздушных мешков. Эти мешки являются неким подобием кармашков из животных тканей, которые соединены с легкими. Обычно эти кармашки были присоединены к костям в области шеи, спины и бедер. У некоторых больших динозавров эти мешки обнаруживались даже в костях. Эти мешки позволяли огромному скелету держать свою форму, а сами кости при этом оставались довольно легкими. Эти мешки также позволили увеличивать динозаврам свои размеры без пропорционального наращивания силы и массы.
Но откуда мы знаем, что вымершие динозавры обладали такими мешками? Отчасти, потому что не-вымершие динозавры имеют их тоже. Птицы являются прямыми потомками динозавров и они также обладают подобной системой. У летающей птицы каждый грамм ее массы играет критически важную роль, а воздушные мешки как раз отлично помогают для облегчения тела.
Когда мы сравниваем скелеты птиц и динозавров, то обнаруживаем одинаковые места для прикрепления тех самых мешков. Изучения скелетов крупных динозавров также показали, что и внутри некоторых костей имеются такие мешки.
Стоит заметить, что откладывание яиц и воздушные мешки лишь позволили динозаврам вырасти до невероятных размеров, но не стали причиной. Эволюционные причины могли быть разные: возможно большие размеры позволяли не опасаться хищников или такой рост позволял им без проблем дотягиваться до листьев высоких деревьев, а возможно и то и другой. А возможно есть та причина, до которой палеонтологи еще не догадались.
Динозавры против Дарвина: Почему самые большие динозавры стали такими большими?
Наряду с Tyrannosaurus rex «типовой» зауропод — одно из наиболее узнаваемых доисторических животных. Ни с чем не спутаешь его элегантную фигуру на четырёх «тумбах», длинный мускулистый хвост и, самое главное, огромную шею с крошечной головкой.
Своей массой эти существа могут сравниться с крупными усатыми китами (около 85 т) и по этому показателю намного превосходят всех остальных сухопутных тварей, когда-либо ходивших по земле. Сам собой возникает вопрос: почему они стали такими большими?
Ответ на него предложила обширная междисциплинарная группа учёных, которая опубликовала сразу 14 статей в онлайн-журнале PLoS ONE.
Гигантизм зауроподов объясняется по-разному, зачастую возникают самые экзотические версии — вплоть до того, что в мезозойской эре (ок. 66–252 млн лет назад) сила тяжести Земли была меньше, чем сейчас. При этом бросается в глаза странно небольшое количество научных исследований на эту тему. Возможно, дело в банальной сложности вопроса и необходимости возиться с хрупкими костями.
Но что бы ни стояло за этой нерадивостью, она уходит в прошлое: несколько лет назад правительство Германии выделило солидные деньги на изучение биологии зауроподов, и в особенности происхождения их гигантизма. Мартин Зандер из Боннского университета курирует работу 13 групп, представляющих самые разные научные дисциплины. Опубликовано более сотни трудов и книга, их суммирующая. И вот — новая порция выводов, касающихся нескольких аспектов биологии зауроподов, а также того, как модель развития их гигантизма, подготовленная этими учёными, согласуется с текущими исследованиями.
«Каскадная модель эволюции» (Evolutionary Cascade Model, ECM) — основная гипотеза этой группы. Предполагается, что уникальная смесь прогрессивных и примитивных признаков — физиологических и функционально-анатомических характеристик, которыми обладали предки зауроподов, — привела к нескольким каскадам эволюционных изменений, породившим положительную обратную связь и тем самым позволившим зауроподам перерасти всех прочих сухопутных животных.
Что же это была за смесь? Если коротко — высокая интенсивность обмена веществ и дыхательный аппарат в птичьем стиле, то есть с однонаправленным потоком воздуха сквозь лёгкие (прогрессивные признаки), вкупе с порождением большого количества маленьких детёнышей и крайне слабой обработкой пищи во рту (примитивные признаки).
Гипотеза состоит в том, что эти признаки считаются причиной пяти взаимосвязанных эволюционных каскадов, которые коснулись 1) размножения, 2) питания, 3) строения головы и шеи, 4) лёгких и 5) обмена веществ.
Для примера давайте возьмём каскад изменений в питании.
Начнём с такого примитивного признака, как полное или почти полное отсутствие жевания. Следовательно, ранние зауроподы (напомним, они были строгими вегетарианцами) за считанные минуты съедали очень много, поскольку между попаданием пищи в рот и проглатыванием проходило совсем мало времени. И действительно, в истории зауроподов наблюдается развитие нескольких специализаций, содействующих ускоренному приёму пищи: очень быстрое обновление зубов, расширение челюстей и утрата щёк — всё ради того, чтобы как можно быстрее сорвать и побольше проглотить. У особей с такими признаками появилось преимущество: за данный промежуток времени они получали больше энергии, чем другие виды, — при условии, конечно, что пищеварительная система могла принять и обработать такой объём плохо пережёванной еды. Результатом стал быстрый рост тела.
Для прояснения вопроса о взаимосвязи каскадов давайте проследим, как эти изменения могли быть связаны с анатомическими трансформациями головы и шеи. Поскольку не надо было тщательно пережёвывать пищу, зауроподы не нуждались в соответствующем наборе мышц. К примеру, у современных млекопитающих жевательные мышцы и размеры головы, которой приходится их нести, увеличиваются сообразно с размерами тела. А наши герои счастливо этого избежали, сохранив маленькую голову, движения которой требовали меньше энергии. Это позволило шее удлиниться, и зауроподы стали съедать больше пищи, не сходя с места, и тем самым получать ещё больше энергии с минимальными затратами. Поэтому объём пищеварительной системы продолжал расти, а вместе с ним — и размеры тела.
Это пример только одного каскада и одной каскадной цепочки. Вся модель, конечно, сложна и стремится объяснить целый ряд трансформаций, которые в конечном счёте выходят за рамки эволюции зауроподов и ведут к появлению черепах и млекопитающих.
Можно ли говорить, что тем самым учёным удалось-таки нарисовать единую картину биологии зауроподов? К сожалению, не совсем.
Внутри этой замечательной группы учёных тоже есть разногласия. Например, они касаются того, под каким углом зауроподы держали шею. Все выводы на этот счёт вытекают обычно из цифровых моделей скелета, в которых каждая косточка соединяется с соседними и подгоняется таким образом, чтобы суставные фасетки пересекались максимально или минимально. Таким образом устанавливаются диапазон движений (ДД) и нулевое остеологическое положение (НОП), при котором поверхности суставов максимально пересекаются и кости подходят друг к другу самым удобным образом.
В одной из тех четырнадцати статей говорится о том, что, судя по НОП, зауроподы держали шею прямо, а не выгибали её на манер лебедей. ДД же не позволял голове подниматься высоко, тогда как широкие движения в горизонтальной плоскости были возможны, так что сравнения с жирафами неправомерны.
Ничего подобного, утверждают коллеги этих учёных в другой статье. Они уверены, что НОП ничего не говорит о высоте, на которую могла подняться голова, и что все эти модели не учитывают влияния на оба показателя мягких тканей, в том числе суставных хрящей и межпозвоночных дисков.
Но если мы хотим прояснить ситуацию с гигантизмом зауроподов, то основной проблемой всё-таки остаётся измерение массы тела вымерших животных, от которых остались только скелеты, к тому же не всегда полные. Задача очень трудная. Предлагаются самые разные методы оценки массы, которые приводят к большому разбросу результатов.
Одна из новых статей описывает очередную попытку, причём в центре внимания оказывается крупнейший зауропод — аргентинозавр (см. видео ниже). По результатам сканирования полного скелета кости окружили выпуклым каркасом — это один из самых простых способов оценки объёма динозавра, а затем и массы. Метод испытывался на современных животных и дал неплохие результаты. Возможно, 85 т, которыми наделили аргентинозавра на этот раз, и впрямь недалеки от истины.
Только не надо забывать, что этот скелет и сам является компьютерной мозаикой различных родственных зауроподов, ибо аргентинозавр известен по весьма фрагментарным останкам. Более того, ни один зауропод сверхгигантских размеров не потрудился отправить в наше время полный скелет, так что вычисление верхнего предела массы этих динозавров остаётся проблемой.
Можно попытаться обойти её измерением следов: есть надежда рассчитать массу по сотворившей их силе. В отличие от скелетов, следы самых крупных зауроподов хорошо представлены в палеонтологической летописи. Проверка метода на слонах тоже неплохо его зарекомендовала.
Но пока этого не сделано, ведь нужно знать физические свойства той субстанции, в которую ступил динозавр, и то, как она деформируется при подобном воздействии. Что это была за субстанция и в каком состоянии пребывала в тот момент, нелегко выяснить по камню.
Как видим, тайна одного из самых выдающихся примеров биоинженерии не разгадана. Всё-таки очень трудное это занятие — восстанавливать «вчера» по тому, что осталось от него сегодня.
В эпоху позднего триаса динозавры имели размеры не больше, чем современные крупные млекопитающие. Однако в юрский период, начавшийся 200 миллионов лет назад, они эволюционировали в настоящих гигантов.
Многие учёные ломают голову, пытаясь понять, почему динозавры были такими гигантами.
Есть несколько версий, объясняющих этот феномен.
Подобно современным птицам, многие динозавры имели полые кости, испещрённые воздушными полостями и каналами, а это означает, что динозавр весил значительно меньше, чем твердокостные млекопитающее подобного размера. Из этого следует, что конечности динозавров могли поддерживать гораздо более крупное тело — до 80 — 90 тонн, как это и было в случае с крупнейшими травоядными динозаврами.
Во времена гигантских динозавров климат быт весьма устойчив. Растительность распространялась по планете в огромных количествах. У травоядных динозавров появлялось всё больше и больше легкодоступной пищи. Благодаря такому количеству пищи, динозавры увеличивали свои размеры.
«Несколько аспектов биологического строения динозавров, возможно, позволили им вырастать до больших размеров, чем любые другие наземные животные», — сказал известный палеонтолог Бенсон.
«Например, у многих динозавров кости скелетов содержали воздушные полости, как у современных птиц. Эти особенности строения скелетов помогали им легче поддерживать свой вес на земле, и сделали их дыхание и теплообмен более эффективными, чем у млекопитающих», — продолжил учёный.
Бенсон считает, что, поскольку более крупные животные могли откладывать больше яиц и быстрее размножаться, возможно, они имели репродуктивное преимущество перед более мелкими видами.
Брайан Макнаб, профессор зоологии из Университета Флориды, также изучал тенденции роста динозавров. Он считает, что самые большие динозавры очень часто ели и мало двигались.
«Крупные травоядные динозавры, несомненно, тратили большую часть своего времени на питание», — высказался Макнаб Discovery News. «Следует заметить, что головы динозавров, относительно размеров тела, были очень маленькими, а это значит, что динозавры тратили мало времени на пережёвывание пищи, поэтому большая часть обработки происходила в кишечнике, поэтому процесс поглощения пищи, вероятно, был очень быстрым».
«Этот способ питания сильно отличался от способов большинства травоядных млекопитающих, которые имеют большие головы, а их челюсти содержат много зубов. Эти млекопитающие большое количество времени тратят на пережёвывание пищи», — объяснил Макнаб.
Бенсон считает маловероятным, что любые современные наземные животные, включая людей, могут когда-либо развиться, чтобы стать такими же крупными, как самые большие динозавры.
«Млекопитающие, включая людей, теплокровны и их тела производят много тепла», — объяснил он. «Это становится проблемой при больших размерах тела, поскольку существует опасность перегрева. Возможно, что многие вымершие архозавры, в том числе динозавры, были промежуточными звеньями между хладнокровными и теплокровными физиологиями».
«Если это так, то такая промежуточная физиология температуры тела не наложила бы ограничений на размер их тел».
