Совершенство зауропод

Совершенство Зауропод.

Британские ученые – Браян Томас и Фрэнк Шервин – специалисты международного уровня, изучающие основы анатомической структуры и образа жизни древнейших гигантских ящеров – зауроподов. Ученые специализируются на характеристиках скелета зауропод, которые позволяли им выдерживать их уникальную огромную массу.

Зауро 1

Ученые провели множество исследований и пришли к выводу, что зауроподы имели чрезвычайно эффективное внутреннее и внешнее строение. Фредерик Хирин в журнале Nature отметил, что невероятно удлиненные шеи  этих существ позволяли им очень легко и эффективно добывать себе пищу в огромном радиусе вокруг, не затрачивая при этом больших усилий. Эти животные были способны поглощать огромное количество растительной пищи, практически не совершая двигательных действий, не передвигаясь от дерева к дереву. При таком образе жизни, эти гигантские животные могли перерабатывать ежедневно тонны растительности.

Ф. Хирин пишет: «Такой способ питания требует чрезвычайно удлиненной шеи, которая по всем расчетам должна была быть очень тяжелой и неудобной в управлении, если бы крепилась к цельной структуре позвоночника. Однако позвоночник этих гигантов был буквально испещрен многочисленными отверстиями и воздушными полостями. Эти полости дополнялись воздушными мешками, в результате чего – пневматические кости составляли всего 35 % по сравнению с цельной костной структурой». То есть зауроподы обладали уникальным костным строением – полый и легкий позвоночник, небольшая голова – эти характеристики чрезвычайно снижали вес удлиненной шеи.

Зауро 2

Строение тазовых костей было так же очень эффективно устроено: у зауроподов имелся дополнительный крестцовый позвонок и к нему чрезвычайно плотно прилегали мощные костные структуры ног, которые великолепно выполняли опорную функцию и создавали крепкий каркас, способный выдерживать тяжесть их веса.

При всем при этом – зауроподы очень быстро росли и их гигантские размеры преобразовывались в эффективную защиту от огромных плотоядных хищников. Причем быстрый рост костного скелета и тела зауроподов представлял собой очень слаженный одновременный процесс. Палеонтолог Мартин Сэндерс (профессор Боннского университета) поясняет: «Костная структура формировалась очень быстро. Кости увеличивались в толщину со скоростью около 1/10 миллиметра – ежедневно. Одновременно с этим костный материал заполнялся смесью минералов, по мере того, как зауропод увеличивался в размерах».

Но самое главное в другом – уникальные особенности внутреннего строения зауропода не допускали никаких компромиссов. То есть маленькая голова, полый позвоночник, чрезвычайная длина шеи, ноги колонны, уникальное строение тазовых костей, и одновременно со всем этим – синхронное увеличение тела быстрыми темпами роста – все эти исключительные характеристики заставляют ученых говорить о некоем «эволюционном скачке» зауроподов.

Зауро 4

Следует отметить, что некоторые «зауроподные» признаки строения наблюдаются и у других динозавров. Так, у Pantydraco, который по систематике не относится к зауроподам, учеными установлены весьма примечательные углубления в позвоночной структуре. Другие прозауроподы – Plateosaurus, обладали признаками быстрого роста костной структуры. Однако, электронное микроскопическое исследование показало, что кольца роста в древних костях Платеозавров (и скорость образования данных колец) – были плотно связаны к температурному режиму окружающей среды, как это наблюдается у современных рептилий, то есть эти динозавры научились приспосабливать скорость своего роста к условиям окружающей среды. Причем рост Plateosaurus находился в диапазоне от 4 до 9 метров, зауроподы же достигали высоты в 30 метров. Леонозавр – двуногий динозавр, который имеет дополнительный крестцовый позвонок как и зауроподы, однако ученые считают, что этот ящер не является предковой формой зауроподов.

Причем весьма интригующим является тот факт, что зауроподы буквально врываются на мировую сцену и сразу появляются почти на всех древнейших континентах. Это происходит в середине Юрского периода и по геологическим меркам – почти одномоментно. Именно об этом свидетельствует палеонтологическая летопись и этот факт для ученых – малопонятен.

Зауро 8

То есть на Юрский период Мезозойской эпохи приходится невероятный расцвет этого многочисленного вида гигантских зауропод. Именно в этот геологический период – зауроподы – доминирующий вид среди огромных травоядных, как по признакам разнообразия видов, так и по объемной биомассе. Тучные стада этих огромных длинношеих существ оттеснили прочих любителей растений.

Однако наступающий Меловой период изменил мир. И прежде всего растительный мир. Среди специалистов распространено предположение, что в результате появления покрытосеменных растений, зауроподы – оказались за бортом эволюционной гонки, поскольку не сумели адаптироваться к изменившимся условиям. Этот факт косвенно подтверждается тем, что в геологических отложениях Мелового периода – окаменелости зауропод – не обнаруживаются.

По общей теории – зауроподы в Меловом периоде вынуждены были уступить свои позиции птицетазовым динозаврам – утконосым орнитоподам и рогатым цератопсидам. Однако, предположение, что к Меловому периоду зауроподы – исчезли – было опровергнуто, в конце ХХ века в меловых отложениях все – таки были обнаружены окаменелости, относящиеся к зауроподам.

Было достоверно установлено, что семейства титанозаврид и реббачизаврид (они пришли на смену диплодоцидам и брахиозаврам Юрского периода) – обитали на пространствах планеты вплоть до самого конца эпохи динозавров. Вообще Риббачизавриды – это очень малоизученная группа зауропод. Окаменелости этих животных известны из Меловых отложений Африки, Южной Америки и Европы.

В ноябре 1999 г. палеонтолог Пауль Серено (PaulSereno) составил фундаментальное научное исследование по нескольким представителям риббачизавридам Африки, в том числе и о Нигерзавре (Nigersaurus). Это исследование поставило под сомнение предположение о том, что зауроподы проиграли эволюционную гонку.

Зауро 3

Детальное изучение челюстного аппарата Нигерзавра позволило установить, что жевательный механизм этого животного непрерывно совершенствовался. Нигерзавр стал обладателем эффективного и уникального челюстного механизма. Так у диплодоцид (Diplodocus) было 25 зубов  — 15 на верхней челюсти и 10 – на нижней челюсти. У Нигерзавра было уже в 2 раза больше – 20 на верхней и 34 зуба – на нижней челюсти. Причем у всех зауропод был очень развит эффективных механизм замещения разрушенных и поврежденных зубов. Рядом с рабочими зубами располагались пробивающиеся им на смену и уже новые. У диплодоцидов ученые установили до 5 зубов – сменщиков для каждого действующего зуба. У Нигерзавра количество зубов – сменщиков также увеличилось более чем вдвое. То есть до 10 – 12 сменщиков в каждой лунке зубной батареи, таким образом – с учетом зрелых и молодых зубов – около полутысячи зубов одновременно.

Пауль Серено считает, что смена зубных батарей у Нигерзавров осуществлялась почти ежемесячно, а это в два раза быстрее, чем у диплодоцид Юрского периода, и даже быстрее, чем у утконосых орнитоподов Мелового периода, которые обитали рядом с Нигерзаврами. Но увеличение числа зубов повлекло уменьшение их относительного размера. Зубы Нигерзавра тонкие и имеют стержневую структуру, коронки зубов отличаются двумя гранями на вершине. Одна, что с внешней стороны (щечная) имеет малый угол наклона, эта грань образована стиранием зуба о зуб . Другая грань расположена со стороны языка, и имеет большой угол наклона – это результат стирания зуб – растение.

Такой механизм стирания свидетельствует о том, что челюсть двигалась в вертикальном плоскости (вверх – вниз), а не вперед – назад, как это предполагалось ранее. Расположение зубов у Nigersaurus также уникально.

Rebbachisaurus

Ни одно существующее, и ни одно древнее четвероногое животное не имеет таких далеко вперед вынесенных зубных батарей. Все зубные ряды расположены буквально на переднем краю верхней и нижней челюстей. Кроме того, еще один уникальный момент – специфическое распределение зон толщины эмали на поверхности зубов Nigersaurus. С внешней стороны – зоны эмали почти в восемь раз толще, чем с внутренней.

Такое ассиметричное строение покрытия зубных коронок не было установлено наукой ни у диплодоцид, ни у представителей титанозаврид (у этих зауропод толщина эмалевой коронки – одинаковая со всех сторон, форма зуба – цилиндрическая). Еще одна удивительная особенность – это режущая кромка зуба. У птицетазовых динозавров и у травоядных млекопитающих – в районе режущей кромки, зубная эмаль имеет самую большую толщину. Это связано с тем в этой части на зуб приходится максимальная нагрузка и давление. У Nigersaurus – вся режущая кромка полностью состояла из дентина.

Но при эффективном зубном механизме, Nigersaurus имел очень неразвитую жевательную мускулатуру, и как следствие – малая сила укуса (по сравнению с теми же диплодоцидами). О слабости мускульных связок свидетельствует вызывающе деликатное устройство челюстей, которые пронизаны множеством естественных каналов и отверстий.

Кроме того, толщина костной структуры черепа Nigersaurus редко больше 2 мм. И в ряде мест он совершенно прозрачен на просвет. Поэтому употреблять в пищу грубую и плотную растительность – этот зауропод был явно не способен. Причем мелкие боковые насечки на зубах – также говорят о том, что в рацион Nigersaurus входила только мягкая, вероятно водная растительность. По все видимости, это молодые побеги хвощей или папоротников. В Юрском и Меловом периодах – именно эта растительность была распространена повсеместно в колоссальных обширных поймах гигантских речных систем.

Следует отметить, что специалисты установили – Nigersaurus употребляли в пищу растительность, которая поднималась от земли не достаточно высоко. Около метра и ниже. Об этом свидетельствует квадратная форма рыла этого зауропода, которая была весьма специализированным приспособлением для срывания зелени с плоской поверхности земли. Кроме того, само положение головы (если сравнивать с диплодоцидами) – то есть наклон черепа к земле – увеличился почти в два раза. Эти данные о расположении головы Nigersaurus относительно земной поверхности, стало возможным получить после анализа строения каналов внутреннего уха зауропода, а также из специфики мест крепления черепа к системе шейных позвонков. Палеонтологи проводили целое исследование скелетной структуры зауропод и выяснили, что эти животные не были предрасположены к высокому задиранию шеи. При этом ученые отмечают, что тренд поворота (или склонения) морды ближе к поверхности почвы – от ранних зауропод (Массоспондил) к более развитым формам (Камарозавр, Диплодок и Нигерзавр) – с течением времени увеличивался.

Более того, кератизированный футляр из мощного и плотного вещества, покрывал всю морду  Nigersaurus и весьма способствовал животному в процессе срывания растительной пищи с земли, поскольку защищал от стирания и повреждения при соприкосновении с почвой.

Он наличии такого защитного устройства спереди верхней челюсти и полностью на нижней челюсти – говорят множественные следы приближенных сосудов и нервных окончаний на костной структуре черепа.

Мозг Nigersaurus был эффективно и оптимально упакован в полости черепа. Его объем – весьма невелик (53,4 куб. см.) и значительно уступал тероподам. Мозг утконосых орнитоподов был почти в семь раз больше, а мозг плотоядных Carcharodontosaurus – в три раза больше.

Таким образом, строение головы Nigersaurus буквально поразило специалистов своим оптимальным устройством  — это выдающийся пример из всего животного мира,  когда максимальная сила, колоссальная прочность и утилитарность достигаются в результате эффективного использования самого минимального количества исходного материала (костной ткани). Вся осевая костная структура этого зауропода являет собой нечто невероятное у животных такого размера.

Достаточно упомянуть, что корпусы позвонков Nigersaurus представляют собой полые структуры, которые разделены очень тонкими перегородками (например, у млекопитающих – позвонки очень плотные и почти цельнокостные). Причем суммарный объем этих воздушных лакун значительно превышает объем костной ткани самого позвонка.

Nigersaurus – один из самых небольших представителей зауропод. Еего длина – около 9 метров. Высота – около 2 метров. Достаточно короткая шея. При таком дизайне шейной конструкции эти зауроподы были не способны высоко поднимать голову и питались в основном на нижнем ярусе растительности.

Таким образом, из вышесказанного совершенно ясно, что зауроподы и в Меловом периоде продолжали весьма эффективно совершенствоваться:

- увеличение скорости смены зубных батарей;

- увеличение количества зубов, но уменьшение их размера;

- утрата костных перегородок между альвеолами зубов;

- ассиметричное расположение утолщенных зон эмали.

Причем указанная специфика эволюции зубного механизма происходила у различных групп динозавров (гадрозавры, зауроподы и цератопсиды) – конвергентно, и не было следствием распространения цветковых растений.  На этот факт указывает значительная разница во времени возникновения вышеуказанного перечня анатомических изменений (зауроподы – первая половина Мела, гадрозавры – завершение Юрского периода, цератопсиды – поздний Мел).

Однако фундаментальное использование указанными группами динозавров своего зубного механизма – отразилось на расположении зубов в ротовой полости. Так у птицетазовых травоядных ящеров зубы находились, как правило, в задней части челюсти и их основная функция – перетирание (пережевывание) пищи; зауроподы же в основном – срывали (скусывали) растительный материал, поэтому зубные батареи располагались в передней части, у края челюсти. Причем механизм обработки растительной пищи у зауропод дополнялся ферментативным расщеплением в желудке, а также эффективным использованием гастролитов (хотя это предположение в научной среде является дискуссионным).

Зауро 7

Специалисты различных областей достаточно длительное время изучают вопрос о пространственном положении огромной шеи зауроподов. Пищевая специализация, экологическая ниша той или иной группы зауропод зависели от длины и подвижности шеи. Эти сухопутные гиганты исследуются наукой более полутора ста лет и варианты расположения их шеи – претерпели многочисленные модификации. Одни палеонтологи изображали их с S – образной шеей, другие – почти вертикально задирали над телом; третьи (и сейчас это мнение – преобладает) – располагают шею параллельно земле (или даже чуть ниже уровня хвоста).

Профессор Kent Stevens – один из разработчиков модели параллельного расположения шеи зауроподов.  Однако опущенная низко к земле шея – весьма удобная цель для плотоядных гигантских хищников, кроме того – нагрузка и мускульные усилия, которые затрачиваются гигантом на поддержание шеи над землей – являются колоссальными по объемам и не являются эффективным способом управления таким телосложением. Поэтому возникает вопрос – в чем тогда функциональная выгода такой огромной шеи, если ее держать постоянно над землей.

Майкл Тейлор (Michael Taylor) – специалист из Университета Портсмута, на основании рентгенологических исследований ряда современных животных (жирафа, длинношеих птиц и т.д.), пришел к выводу, что для зауроподов обычной являлась поза с сильно поднятой вверх шеей. Однако, отсутствие сохраненных мягких тканей (связок и хрящей) – не позволяют абсолютно точно ответить оформить указанную гипотезу. Причем в данном случае, самым существенным является вопрос об истинном положении плечевого пояса зауропод. Это связано с тем, что плечевой пояс крепится к грудной клетке с помощью системы мягких тканей и сухожилий, которые не сохранились в окаменелостях за миллионы лет. В зависимости от специфики и наклонного угла крепления лопаточной кости к конструкции грудной клетки и механизма расположения и постановки передних конечностей, — именно от этих факторов будет зависеть изгиб грудного отдела конструкции позвоночника и как следствие – положение шеи гиганта.

Зауро 5

Поэтому все компьютерные модели являются неоднозначными, и это признает и сам Кент Стивенсон.

Германский ученый Андреас Кристиан (Andreas Christian) – заведующий кафедры палеонтологии Университета Фленсбурга, предложил весьма интересный способ для определения пространственного положения шеи зауропод – это метод Прюшофта, который очень правдоподобно позволяет вычислить систему давления в позвоночной конструкции гигантских животных. Первоначально, этот специалист детально изучил нейтральные позы в отношении страуса, верблюда и жирафа, и  установил, что их остеологическое положение значительно отличается от естественного – угол подъема шеи – занижен.

Метод Прюшофта был адекватно применен к Брахиозавру (Brachiosaurus), Диплодоку (Diplodocus) и к Дикреозавру (Dicraeosaurus). Исследования показали, что для Diplodocus – вертикальное положение шеи – наименее вероятно. Горизонтальное положение шеи этого зауропода позволяет эффективно распространить весь массив давления на все участки шеи и свободно ею управлять. Этот вывод перекликается с теорией Стивенсона и именно эта модель использована в научно – популярном фильме ВВС – «Прогулки с динозаврами».

Математический анализ  анатомических особенностей Дикреозавра показал, что, скорее всего, он удерживал шею в горизонтальном положении или немного приподнимал ее (около 40 градусов от поверхности земли). И этот вывод отличается от результата Стивенсона, который изображал Дикреозавра со склоненной шеей.

В отношении Брахиозавра результаты исследования оказались еще более интересными. Этот исполин с 9 – ти метровой шеей держал шею достаточно высоко поднятой вверх – под углом в 60 – 70 градусов. Но, осуществляя движение, этот зауропод, скорее всего, опускал ее на 20 градусов ниже и переходил в остеологически нейтральную позу. Кроме того, о таком положении шеи Брахиозавра свидетельствует и общий план строения его тела. Толстые и крепкие задние ноги и вытянутые, стройные – передние, преобразовывали спину этого зауропода в очень покатую, словно «заряженную» для очень высокого положения шеи. Кроме того, у Брахиозавра (по сравнению с диплодоцидами) – короткий хвост и его длины и массы явно недостаточно, чтобы уравновешивать широкие боковые изгибы гигантской шеи в горизонтальной плоскости. Передние ноги Брахиозавра очень стройные и весьма худоваты для постоянного поддерживания шеи в положении над землей. Если шея – вертикально поднята, то боковые движения – ограничены и при этом центр тяжести значительно смещался назад, нагружая крепкие задние ноги.

Зауро 9

Однако не надо забывать о специфике функционирования сердечно – сосудистой системы при высоко расположенной шее. Специалисты отмечают, что высочайшее положение шеи не была постоянной. Причем уменьшение угла наклона до 60 – 70 градусов, а также верхний изгиб в 30 градусов – уменьшал высоту расположения головы над сердцем более чем на 2 метра. То есть высота снижается с 9 до 7-6 метров.

И еще один очень немаловажный факт – для зауроподов доступны сразу несколько поз с примерно равным уровнем распределения давления на межпозвоночные соединения. Из чего следует, что диплодоциды, во время кормления, — держали шеи параллельно земле или даже ниже уровня своего хвоста. При тревоге, эти животные вполне могли выгибать шею вверх, для обозрения окружающей территории.

Брахиозавр кормился с высоко расположенной шеей, но передвигался и мигрировал с более низко расположенной головой, которая пригибалась к земле.

Следует также отметить, что для некоторых зауропод – высокое расположение шеи противоречило специфике анатомического строения. Это относилось, в частности, к Амаргозавру (Amargosaurus) – из – за остистых длинных отростков на шее.

bg

Кроме всего прочего, зауроподы – группа древнейших животных, которая включает гигантских, крупнейших за всю историю жизни на Земле. Причем колоссальный размер этих существ заставил ученых усомниться в том, что эти гиганты могли самостоятельно поддерживать свой вес в условиях сухопутного образа жизни.  Поэтому зауроподам отводили полуводное обитание. Однако сегодня проведенные биохимические и экологические исследования однозначно дают результат о том, что зауроподы были полностью сухопутными существами.

Тем не менее окаменелости зауроподов обнаруживаются и в береговых отложениях, причем иногда даже рядом с типично морскими животными. До наших дней сохранились тропинки гигантских следов динозавров, проложенных по дну доисторических озер и рек. Среди этих следов много отпечатков и зауроподов. То есть для этих гигантов было привычным бродить в прибрежной зоне, они отнюдь не сторонились воды.

Палеонтологи из Канады — Дональд Хендерсон (сотрудник Университета Калгари) провел исследование, позволяющее ответить на вопрос: что происходило, когда зауропод с осевым пневматическим скелетом (т.е. наполненным многочисленными воздушными мешками)заходил далеко в глубокий водоем? Он начинал тонуть или был способен плыть дальше?

Хендерсон создал детальную компьютерную модель, которая очевидно выдала результат, что наименьшая плотность в теле гигантского зауропода приходилась именно на шею. Более того, пневматическая анатомическая структура зауропода делает плотность тела этого гиганта значительно ниже плотности воды. То есть зауропод, будучи полностью погруженным в реку, был не способен брести по дну водоема.  

Так называемый гидростатический центр, который приводит в действие выталкивающую силу, практически у всех зауроподов расположен ниже центра массы этих животных, что приводит к нестабильному положению тел этих существ в водной среде. Иными словами, зауроподы на глубине будут постепенно заваливаться на бок. И лишь наличие длинной «пневматической» шеи, играющей в данном случае роль «поплавка», — предотвращало полное опрокидывание динозавра в воде.

При таких обстоятельствах, зауроподы могли безопасно передвигаться только по мелководью. Так, Апатозавр был способен зайти в воду на глубину 3, 7 метра, не опасаясь всплытия; Диплодок, при заходе на глубину свыше 2,5 метров – уже начал бы постепенно отрываться от дна и испытывать проблемы с перемещением. Только длинношеий Брахиозавр мог свободно зайти на глубину почти в 5 метров, но дальнейшее погружение приводило к медленному всплытию со стороны передних лап.

Поэтому компьютерное исследование канадского ученого Д. Хендерсона показало, что реконструкции зауропод, где они изображены полностью погруженными в воду – являются несостоятельными, поскольку они не могут находиться в таком положении в стойке на всех четырех лапах. Косвенным подтверждением этому служат тропинки окаменелых следов, где некоторые следы оставлены только передними лапами зауропода, что говорит о том, что животное было «взвешенно» в воде и некоторое время опиралось только на две передние лапы. А это еще раз подтверждает выводы канадского ученого.

Зауро 10

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>