Учёные, возможно, наконец разгадали загадку маленьких рук тираннозавра рекса, которые всегда выделялись как самая странная особенность самого могучего из динозавров, вызывая шутки и более чем столетние споры об их предназначении и эволюционной истории.
Длиной около 1 метра, руки тираннозавра были менее трети длины ног динозавра и выглядели заметно непропорционально на теле, которое у крупных взрослых особей могло достигать более 12 метров в длину.
Тираннозавр был одним из многих хищных динозавров с тщедушными руками, и с годами учёные выдвигали теории о функции передних конечностей, включая удержание или прижатие добычи, а также привлечение потенциальных партнёров во время ухаживаний. Более поздние исследования показали, что руки уменьшились, чтобы снизить риск быть укушенным во время кормёжки, в то время как давняя теория гласит, что они просто рудиментарны — не имели практического назначения и поэтому уменьшились. Но единого мнения нет.
Теперь новое исследование, опубликованное 20 мая в журнале Proceedings of the Royal Society B, нацелено раз и навсегда урегулировать этот спор. Основываясь на анализе 85 видов динозавров, исследование пришло к выводу, что крошечные руки были эволюционным компромиссом, вызванным тем, что другая часть тела становилась всё больше и забирала ресурсы — череп.
«Если вы динозавр с очень прочно устроенным черепом, велика вероятность, что у вас будут очень маленькие передние конечности, — сказал Чарли Роджер Шерер, аспирант факультета наук о Земле Университетского колледжа Лондона и ведущий автор исследования. — И неважно, насколько вы велики — вы можете весить 1 тонну или 10 тонн. Если у вас крепкий череп, у вас будут относительно маленькие руки».
Причина в том, что «эволюция не любит иметь всё сразу», как выразился Шерер, потому что она склонна отдавать приоритет одному перед другим. «Если вы хотите сосредоточиться на использовании головы для того, чтобы свалить крупную добычу, вы вряд ли захотите прилагать много усилий для сохранения длинных рук с когтями, потому что они, вероятно, вам не понадобятся. Поэтому эволюция как бы говорит: "Руки нам больше не нужны, давайте уменьшим их и направим больше энергии на поддержание прочности черепа, используя его как основное оружие"».
Предыдущие исследования уже предполагали связь между уменьшением передних конечностей и ростом черепов у плотоядных динозавров, но новое исследование, по словам Шерера, является первым, которое выявило эту тенденцию в пяти различных группах динозавров и добавило статистическую поддержку теории.
Чтобы прийти к своему выводу, исследователи измерили передние конечности и кости черепа из пула из 85 видов динозавров, используя как окаменелости, так и данные из существующей научной литературы.
Они также разработали новый способ количественной оценки прочности черепа, рассматривая такие факторы, как общий размер, то, как кости соединяются друг с другом, и силу укуса. Это позволило им расположить каждый череп по шкале. Неудивительно, что тираннозавр рекс получил самый высокий балл, за ним следует Tyrannotitan, другой массивный хищник, живший на территории современной Аргентины в раннем меловом периоде, или примерно за 30 миллионов лет до тираннозавра.
Помимо тираннозаврид, группы, включающей тираннозавра и его родственников, исследователи обнаружили корреляцию между большими, крепкими черепами и маленькими передними конечностями в четырёх других группах динозавров — цератозавридах, мегалозавридах, абелизавридах и кархародонтозавридах — все они были крупными двуногими хищниками. Идентифицированные виды жили по всему миру с начала эпохи динозавров, триаса, до конца мелового периода, когда падение крупного астероида уничтожило большинство нептичьих динозавров — временной промежуток около 180 миллионов лет.
Новый анализ показывает, что уменьшение конечностей не было случайностью, а эволюционной чертой, которая возникала у разных, неродственных видов в течение длительного периода. Процесс уменьшения был разным в разных группах: некоторые динозавры сначала уменьшали размер пальцев, в то время как другие в первую очередь укорачивали предплечье.
«Всегда есть общая движущая сила этого, — сказал Шерер, — а именно то, что все они охотились на животных, которых нужно было валить с некоторым усилием, поэтому они и развили такой очень крепкий череп».
По мере того как их добыча становилась крупнее, эти животные повышали ставки, делая своё основное оружие больше и мощнее, отнимая ресурсы у рук и когтей. «Всё делалось с помощью головы, так что голова стала тем, что контактировало с добычей, — сказал Шерер, — и это был самый лёгкий способ её повалить, в отличие от прыжков или борьбы когтями».
Однако руки, по словам Шерера, не были совершенно бесполезными. «Они, очевидно, выполняли какую-то функцию, иначе их бы не было, — сказал он. — Что это за функция, я не знаю, но, надеюсь, мы сможем это выяснить, проведя ещё немного работы».
Крошечные руки тираннозавра рекса хорошо известны, но, по словам Стефана Лаутеншлагера, палеонтолога позвоночных и старшего преподавателя палеобиологии в Бирмингемском университете (Англия), за пределами палеонтологии не многие люди могут знать, что маленькие передние конечности были распространены и у других динозавров. Он не участвовал в исследовании.
«У животных вложение энергии в рост различных органов и частей скелета очень затратно. Если некоторые органы, такие как передние конечности, играют меньшую роль, может стать более выгодным уменьшить их размер и вложить средства в другие органы, — написал Лаутеншлагер в электронном письме. — Крупные тероподы, такие как тираннозавр, выбрали наиболее эффективную стратегию, вкладывая средства в первую очередь в силу укуса и мощные челюсти». Крупные травоядные не последовали этому примеру и сохранили свои длинные руки, добавил он, возможно, потому что эти конечности были важны для захвата растительности, а в некоторых случаях и для защиты от хищников.
Тираннозавр рекс был, по сути, гигантской наземной акулой, которая всю работу делала своей огромной головой, сказал Стив Брюсатт, профессор палеонтологии и эволюции Эдинбургского университета (Шотландия), который также не участвовал в исследовании.
«Когда мы смотрим на ход эволюции тираннозавров, мы видим, что головы становятся больше, а руки — меньше, так что существовал своего рода компромисс, при котором головы взяли на себя функции, когда-то выполняемые руками, такие как захват и убийство добычи, — написал Брюсатт в электронном письме. — И, похоже, аналогичная тенденция наблюдалась и у других гигантских хищных динозавров, так что это была повторяющаяся тема в эволюции динозавров: крупные хищники увеличивали свои размеры, раздували тела, раздували головы до огромных размеров и позволяли своим рукам атрофироваться», — добавил он.
Андре Роу, палеобиолог и старший научный сотрудник Бристольского университета (Англия), согласился, что самым интересным результатом исследования является то, насколько широко распространена была тенденция к маленьким передним конечностям.
«Тираннозавры обычно привлекают всё внимание, но некоторые группы, такие как абелизавры, развили ещё более редуцированные руки относительно размеров тела, — сказал Роу, не участвовавший в исследовании, в электронном письме. — Что делает это особенно захватывающим, так это то, что не все хищные динозавры следовали одному и тому же пути. Некоторые линии сохранили большие функциональные руки, в то время как другие развили огромные головы и крошечные передние конечности», — добавил он.
«Это исследование подчёркивает, насколько разнообразными и эволюционно инновационными на самом деле были динозавры, — сказал Роу. — Они неоднократно находили совершенно разные решения одних и тех же экологических задач, что является одной из причин, почему они остаются такими захватывающими как для учёных, так и для публики».
Чтобы узнать больше новостей CNN и получать информационные бюллетени, создайте учётную запись на CNN.com