Стив Брусатти - Время динозавров. Новая история древних ящеров

Он легко разгрызал кости и вполне мог прокусить автомобиль.

Вся эта сила исходила из мышц челюсти; они были тем двигателем, который давал зубам энергию, чтобы разгрызть кость. Но это еще не все. Если мышцы достаточно сильны, чтобы разгрызть кости жертвы, они могли бы сломать кости черепа самого T. rex. Элементарная физика: на каждое действие есть равное и противоположное противодействие. Поэтому тираннозавру мало было иметь мощные зубы и огромные челюстные мышцы — еще нужен был череп, который выдерживал бы гигантскую нагрузку при каждом укусе.

Чтобы понять, как он выдерживал эту нагрузку, нужно вернуться к инженерам и другому палеонтологу, который обратился к сфере суровой науки чисел. Лаборатория Эмили Рейфилд в Бристольском университете в Англии — светлая комната со множеством компьютеров, большими окнами и просторной планировкой, как в офисах Кремниевой долины. Полки заставлены мануалами к разным пакетам программного обеспечения, в поле зрения — ни единой окаменелости. Эмили редко собирает ископаемые; она не из таких палеонтологов. Вместо этого Эмили строит компьютерные модели — скажем, черепа тираннозавра — с использованием метода конечных элементов (МКЭ), чтобы изучить, как череп вел себя с точки зрения механики.

МКЭ разработали инженеры для расчета распределения напряжений и деформаций в цифровой модели конструкций при различных симуляционных нагрузках. Если по-простому, это способ предсказать, что будет с предметом, если к нему приложить силу. Для инженеров очень полезно. Скажем, еще до того, как строители начнут строить мост, инженеры должны быть уверены, что он не рухнет, когда по нему поедут тяжелые автомобили. Для проверки они строят цифровую модель моста и при помощи компьютера имитируют нагрузку автомобилей, чтобы увидеть, как реагирует мост. Легко ли он поглощает вес и силу легковых автомобилей или начинает трещать под давлением? Если мост действительно трескается, компьютер может определить слабые места, а инженеры — пересмотреть чертежи и внести необходимые исправления.

Эмили делает то же самое с динозаврами, и T. rex — одна из ее любимых муз. Она построила цифровую модель черепа рекса на базе 30-скана хорошо сохранившейся окаменелости, а затем использовала МКЭ-программу, чтобы имитировать силу укуса и проанализировать, как реагирует череп. Вывод: у T. rex был необычайно прочный череп, адаптированный, чтобы выдерживать невероятную нагрузку при укусах с силой 1,5 т на зуб. Он устроен как фюзеляж самолета: отдельные кости плотно соединялись вместе, чтобы не разойтись при большой нагрузке. Носовые кости в верхней части морды срастались в длинную трубку, которая поглощала нагрузку. Толстые балки кости вокруг глаз придавали прочность и жесткость, а крепкая нижняя челюсть была почти круглой в поперечном сечении, так что могла выдерживать высокое давление со всех сторон. Ничего этого нет у других теропод, черепа которых были более изящные, с более слабыми связями между костями.

Это последний кусочек головоломки, последний компонент набора инструментов, который позволял Королю разгрызать кости на ужин. Толстые колья-зубы, огромные челюстные мышцы и прочная конструкция черепа — вот выигрышная комбинация. Без любого из этих признаков тираннозаврбыл бы обычным тероподом, аккуратно поедающим добычу, кусок за куском. Так поступали все прочие здоровяки — аллозавр, торвозавр и кархародонтозавры, ведь они не были достаточно оснащены, чтобы разгрызать кости. И здесь Король единственный.

Тираннозавр мог загрызть любого — хоть побаловать себя 12 метровым эдмонтозавром, хоть закусить какой-нибудь мелочью вроде тесцелозавраразмером с осла. Но как он ловил добычу?

Как выяснилось, не благодаря исключительной скорости. Тираннозаврбыл особенным во многих отношениях, но чего он не мог, так это быстро бегать. В «Парке юрского периода» есть знаменитая сцена, где кровожадный рекс, подгоняемый ненасытным аппетитом к человеческой плоти, гонится за джипом, который несется на полном ходу. Не верьте магии кино — реальный тираннозавр остался бы в пыли, едва джип перешел на третью передачу. Не то чтобы он был неуклюжим увальнем, который вразвалку брел сквозь чащу. Вовсе нет: рекс был подвижным и энергичным, он двигался целеустремленно, голова и хвост уравновешивали друг друга, когда он на цыпочках шел между деревьями, преследуя добычу. Но его максимальная скорость, вероятно, была в диапазоне от 15 до 40 км/ч. Это быстрее, чем бежит человек, но не так быстро, как скаковая лошадь, и, конечно же, не как автомобиль на трассе.

И опять-таки именно высокотехнологичное компьютерное моделирование позволило палеонтологам изучить, как тираннозавр двигался. Эту работу начал в 2000-х гг. Джон Хатчинсон, который переехал из Америки в Англию и теперь занимает должность профессора Королевского ветеринарного колледжа в Лондоне. Он проводит дни, работая с животными: следит за живностью в университетском кампусе, заставляет слонов бегать на весах, чтобы изучить их положение конечностей и локомоцию, и препарирует страусов, жирафов и других экзотических существ. Джон рассказывает о своих приключениях в популярном блоге с чудесным, но несколько тревожным названием «Что у Джона в морозилке?». Он также часто появляется в телевизионных документальных передачах, нередко в своей любимой фиолетовой рубашке, которая каким-то образом не засвечивает камеры. Как и Грег Эриксон, Джон — ученый, которым я давно восхищаюсь из-за его уникального подхода к изучению динозавров. Для Джона ключом к прошлому является настоящее: узнайте как можно больше об анатомии и поведении современных животных, и это поможет понять динозавров.

Если зайти к Джону в лабораторию, там и правда стоят морозильники с замороженными трупами животных всех форм и размеров со всего мира. Скорее всего, один или два из них будут таять на лабораторном столе, готовясь к вскрытию. Но у лаборатории Джона есть и более стерильная сторона: компьютеры, при помощи которых он создает цифровые модели динозавров вроде тех моделей из главы 3, которые помогли предсказать вес и положение конечностей длинношеих завропод. Он начинает с трехмерной модели скелета, которая создается с помощью томографа, лазерного сканирования поверхности или фотограмметрии, о которой мы уже говорили. Затем использует знания о современных животных, чтобы нарастить плоть: добавить мышцы (размеры и положение которых основаны на местах прикрепления, видимых на костях) и другие мягкие ткани, обернуть их кожей и поставить животное в реалистичную позу. Затем компьютер прогоняет модель через всевозможные упражнения и вычисляет, насколько быстро могло двигаться реальное животное. Моделирование Джона и дает нам диапазон от 15 до 40 км/ч, который я привел для скорости T. rex.