Время динозавров. Новая история древних ящеров - Стив Брусатти

Для начала нужно понять, что вообще нужно животному, чтобы стать действительно большим. Во-первых, пожалуй, самое очевидное: нужно много есть. Судя по размеру завропод и питательной ценности самой распространенной пищи юрского периода, считается, что крупные завроподы вроде бронтозавра должны были съедать около 45 кг листьев, стеблей и веток каждый день, а то и больше. Поэтому им нужно было как-то собирать и переваривать такое огромное количество зелени. Во-вторых, нужно быстро расти. Расти не спеша, год за годом, прекрасно и замечательно, но если вам нужно больше 100 лет, чтобы стать большим, у хищников появится масса возможностей съесть вас, у деревьев — упасть на вас во время бури, а у болезней — убить вас задолго до того, как вы дорастете до полного взрослого размера. В-третьих, нужно дышать очень эффективно, чтобы иметь достаточно кислорода для всех метаболических реакций в огромном теле. В-четвертых, нужно, чтобы скелет был надежным и прочным, но при этом не громоздким и неподъемным. Наконец, нужно избавляться от избытка тепла, ведь в жару крупные животные легко могут умереть от перегрева. Завроподы все это умели. Но как? Многие ученые, которые задумывались над этим вопросом несколько десятилетий назад, соглашались на простейший ответ: возможно, в мезозое сама физическая среда была другой. Может, сила тяжести была слабее, поэтому крупным животным было легче расти и передвигаться. Или в атмосфере было больше кислорода, поэтому неуклюжие завроподы дышали, а значит, росли и функционировали более эффективно. Эти предположения, может, и звучат убедительно, но они не выдерживают пристальной проверки. Нет данных, что в эпоху динозавров гравитация сильно отличалась от современной, а уровень кислорода тогда был примерно таким же или даже немного ниже.

Есть лишь одно правдоподобное объяснение: у завропод было что-то, благодаря чему они смогли разорвать кандалы, сковывающие всех прочих наземных животных — млекопитающих, рептилий, земноводных, даже других динозавров — и не дающие им достичь гигантских размеров. Похоже, разгадка кроется в их уникальном строении тела — сочетании признаков, которые появились по отдельности в триасе и самом начале юры и в итоге создали животное, прекрасно приспособленное, чтобы стать гигантом.

Все начинается с шеи. Длинная, веретенообразная тонкая шея, вероятно, самая узнаваемая черта завроподовых. Более длинная, чем обычно, шея появилась у самых древних триасовых протозавропод, со временем она пропорционально увеличивалась, по мере того как завроподы наращивали количество шейных позвонков и к тому же удлиняли каждый отдельный позвонок. Как броня Железного человека, длинная шея давала суперсилу: она позволяла завроподам, в отличие от других растительноядных животных, дотягиваться до более высоких деревьев, что открывало доступ к совершенно новому источнику пищи. Кроме того, они могли встать в одном месте на несколько часов и двигать только шеей вверх, вниз и по сторонам, как сборщик ягод, с минимальными затратами энергии поедая растения. А значит, они могли поглотить больше пищи и таким образом запасать энергию эффективнее конкурентов. Это адаптивное преимущество номер один: шея позволяла поедать огромное количество пищи, необходимое, чтобы набрать огромный вес.

Посмотрим, как они росли. Вспомним, что динозавроморфы, предки динозавров, достигли более высокого метаболизма, более быстрых темпов роста и более активного образа жизни, чем многие из амфибий и рептилий, которые тоже активно развивались в раннем триасе. Они не были сонными, им не нужна была вечность, чтобы дорасти до взрослого размера, как игуанам или крокодилам. То же можно сказать и об их потомках, динозаврах. Исследования роста костей свидетельствуют, что детеныши большинства завропод, выбираясь из гнезда, были размером с морскую свинку и дорастали до взрослой особи размером с самолет всего лишь за 30–40 лет — невероятно быстро для такой метаморфозы. Это преимущество номер два: завроподы получили от своих далеких предков размером с кошку быстрый рост, необходимый для достижения больших размеров.

От тех же предков завроподы унаследовали кое-что еще: высокоэффективные легкие. Легкие завропод были очень похожи на легкие птиц и сильно отличались от наших. В то время как легкие млекопитающих циклично вдыхают кислород и выдыхают углекислый газ, у птиц так называемое однонаправленное легкое: воздух проходит через него только в одном направлении, а кислород извлекается и во время вдоха, и во время выдоха. Легкое птичьего типа гораздо эффективнее, ведь каждый вдох и выдох приносит кислород. Это поразительное достижение биоинженерии стало возможным благодаря воздушным мешкам, соединенным с легкими, в которых на вдохе запасается часть обогащенного кислородом воздуха, а потом он проходит через легкие на выдохе. Если звучит непонятно, не расстраивайтесь: биологам понадобились десятки лет, чтобы разобраться, как работает это странное легкое.

Мы знаем, что завроподы обладали такими легкими, потому что во многих костях их грудной клетки есть большие отверстия (они называются пневматическими), которые образуются, когда воздушные мешки глубоко проникают внутрь костей. Точно такие же структуры есть у современных птиц, и они образуются только от воздушных мешков. Так что это адаптация номер три: у завропод были ультраэффективные легкие, которые могли усваивать достаточно кислорода, чтобы поддерживать активный метаболизм в их огромных телах. У тероподовых динозавров тоже были легкие птичьего типа, что могло стать одним из факторов, позволивших тираннозаврам и другим гигантским охотникам стать такими большими, а вот у птицетазовых динозавров легкие были не такие. Вот почему утконосые динозавры, стегозавры, рогатые и бронированные динозавры так и не стали столь же огромными, как завроподы.

Оказывается, у воздушных мешков также имеется и другая функция. Помимо запасания воздуха при дыхании они облегчают скелет, когда проникают в кости. В сущности, они делают кости полыми, сохраняя прочную внешнюю оболочку, но снижая вес. По той же причине надутый баскетбольный мяч легче, чем камень такого же размера. Хотите знать, как завроподы удерживали свои длинные шеи и не опрокидывались, как неуравновешенные качели? Просто их позвонки были настолько заполнены воздушными мешками, что по сути представляли собой соты — прочные, но легкие, как перышко. Это преимущество номер четыре: воздушные мешки позволили завроподам иметь скелет, одновременно прочный и достаточно легкий для передвижения. Млекопитающим и птицетазовым динозаврам не так повезло, ведь у них не было воздушных мешков.

А что насчет пятой адаптации, способности сбрасывать избыток тепла? Тут тоже помогали воздушные мешки и легкие. Воздушных мешков было так много, и они так широко распространялись по телу, входя в кости и между внутренними органами, что создавали большую поверхность для рассеивания тепла. Горячее дыхание охлаждалось этой центральной системой кондиционирования.

Соединив все это, можно построить динозавра-сверхгиганта. Если бы у завропод отсутствовала хотя бы одна из перечисленных особенностей — длинная шея, быстрый рост, эффективные легкие, система воздушных мешков для охлаждения и облегчения веса, — то они, вероятно, не смогли бы стать такими исполинами. Это было бы физиологически невозможно. Но эволюция собрала все части, упорядочила их, и, когда в поствулканическом юрском периоде мозаика сложилась окончательно, вдруг оказалось, что завроподы могут делать то, чего не смог сделать никто ни до, ни после них. Они стали библейски огромными и заселили весь мир; началось их великолепное правление, которое продлилось еще 100 млн лет.