Палеонтологія
Палеонтологія

Двоногі динозаври під час бігу гойдали хвостом

Двоногі динозаври колихали при бігу хвостом із боку у бік, і він виконував у них роль активного балансира. До такого висновку дійшли австралійські дослідники, які нещодавно створили кінематичну 3D-модель динозавра. Свої висновки вони опублікували у журналі Science Advances.

Daniel Eskridge

Daniel Eskridge

Що думають вчені про хвіст динозаврів?

Хвости динозаврів, що пересувалися на двох кінцівках давно не давали спокою дослідникам. Річ у тім, що поєднання двоногості та довгого тонкого хвоста у жодної із нині живих істот не зустрічається. Хвости кенгуру у порівнянні із хвостами динозаврів короткі та товсті, однак саме вони є найближчим аналогом серед сучасних істот, тож досі дослідники виходили із того, що у двоногих динозаврів він працював так само.

Разом із тим вчені припускали, що роль статичного балансира – не єдина, яку міг виконувати хвіст двоногих динозаврів. Вони припускали, що хвіст міг допомагати їм при захисті від інших динозаврів, при плаванні, чи просто використовувався для спілкування. Але до публікації дослідників із Квінслендського музею усі двоногі динозаври тримали хвіст рівно.

Що розповіла про динозаврів математична оптимізація?

Дослідники зайшли у своєму моделюванні із достатньо несподіваного боку. Вони побудували 3D-модель організму, яка складалася із кісток та м'язів. Але замість того, аби закладати у неї свої думки про те, як ці кістки та м'язи мали взаємодіяти, вони лише встановили для моделі швидкість, із якою вона має рухатися, і дали алгоритму задачу побудувати такий механізм руху, який дозволяє їй рухатися із цією швидкістю із мінімальними витратами енергії. Насправді це чисто математична задача, яка зводиться до знаходження мінімуму певної функції.

У ролі моделі, на якій буде доведено ефективність програми, обрали південноамериканського птаха інамбу чубатого (Eudromia elegans). Цей нелітаючий птах, який дуже схожий на курку чи цесарку, насправді є родичем страусів. Серед нині живих і добре вивчених істот він чи не найближчий за своєю анатомією до нептахових динозаврів. Що цікаво, модель руху інамбу, яку створила комп'ютерна програма на основі оптимізації взаємного руху кісток та м'язів, виявилася надзвичайно схожою на реального інамбу.

Далі дослідники взялися за динозаврів. Тут у ролі моделі виступив триметровий целофіз (Coelophysis bauri) – невеликий і примітивний хижий динозавр, що жив на Землі у тріасовому періоді близько 215 мільйонів років тому. Анатомія целофіза непогано вивчена. Також знайдено чимало ланцюжків його слідів, тож знайти цільову довжину кроку та максимальну швидкість целофіза у 6,25 метра за секунду не становило проблему. Програма математичної оптимізації побудувала схему руху тіла целофіза, яка виявилася дуже схожою на те, як вчені це собі уявляли. З однією тільки проблемою: модель ніяк не хотіла бігти зі вказаною швидкістю у 6,25 метра за секунду, видаючи максимум 5,5 метрів за секунду.

Як рухалися шия та хвіст при бігу?

Розв'язання проблеми дослідники знайшли достатньо швидко. Не задаючи патернів руху кінцівок, вони все ж задали для моделі нерухоме положення шиї та хвоста, і саме це заважало віртуальному динозавру розвивати потрібну швидкість. Коли дослідники дозволили механізмам оптимізації самим знайти правильне положення шиї та хвоста целофіза, то вона одразу змогла показати необхідну швидкість.

Виявилося, що для цього при бігу голова динозавра має переміщуватися вперед-назад. А хвіст, замість того, щоб ледве-ледве рухатися у вертикальній площині, як це відбувається при стрибках кенгуру, у целофізів мав досить відчутно рухатися із боку у бік. При цьому цей рух був узгодженим із рухом задніх кінцівок. Як тільки назад ішла ліва нога — хвіст відхилявся уліво, коли назад ішла права нога — відбувалося протилежне. Виходячи із результатів дослідження, більшість двоногих динозаврів мала рухатися так само. Тож реконструкції із численних художніх та документальних фільмів, у яких хвіст лишається нерухомим, виявилися невірними.


Читайте також