Физика

Тираннозавр рекс известен своей огромной головой, огромными мускулистыми челюстями и ножевидными зубами, которые, по мнению палеонтологов, позволяли этому грозному хищнику легко пожирать ничего не подозревающую добычу. Исследование Стефана Лаутеншлагера теперь предполагает, что форма глазницы была не менее важна [1]. Анализируя форму глазниц более 400 черепов динозавров и родственных им видов, палеонтолог из Университета Бирмингема (Великобритания) обнаружил, что хищные динозавры, такие как тираннозавр, смотрели на мир через эллиптические отверстия. Моделирование показывает, что эти удлиненные отверстия позволили бы черепу тираннозавра выдержать значительную силу укуса, которую создавали эти доисторические существа, когда они жевали.

В своем исследовании Лаутеншлагер использовал технику распознавания лиц, чтобы охарактеризовать форму очертаний каждой глазницы в своем образце черепа динозавра. Затем эти формы были проанализированы с помощью инструмента анализа методом конечных элементов — метода, обычно используемого для прогнозирования того, как объект реагирует на силу — чтобы увидеть, как они деформируются под воздействием различных напряжений, исходящих от укуса.

Рассматривая форму глазницы, Лаутеншлагер обнаружил, что большинство видов, участвовавших в его исследовании, смотрели через круглые отверстия, похожие на очертания круглых глазниц, наблюдаемые в человеческих черепах. Некоторые виды, в том числе тираннозавр рекс и скорпиовенатор, хищный динозавр, обитающий в Антарктиде, имели очертания розеток более необычной формы: от простых эллипсоидов до лопастных узоров. «Глазница скорпиовенатора по сути разделена на две части», что придает ей контур, напоминающий песочные часы, — говорит Лаутеншлагер.

В поисках сходства между динозаврами с необычными очертаниями глазниц Лаутеншлагер обнаружил, что все они были мясоедами и имели большие черепа по сравнению с размером их тела. Во время укуса челюсти этих хищников сомкнулись с силой около 50 000 ньютонов. Согласно анализу Лаутеншлагера, возникающие в результате напряжения черепа могут деформировать глазницу, придав ей круговой контур. У гипотетического тираннозавра с такой лункой, вероятно, развились бы более толстые кости в наиболее деформированных областях. «Это сделало бы череп намного тяжелее или лишило бы места других тканей», — говорит он. Напротив, розетка с удлиненным контуром будет испытывать значительно меньшую деформацию. «Похоже, что у хищников развились гнезда, способные противостоять силам, связанным с укусом».

Лаутеншлагер признает, что адаптация черепа динозавров-гигантов не так уж и неожиданна, но его анализ преподнес один сюрприз. В отличие от своих родителей, у детеныша тираннозавра были глазницы с круглыми очертаниями, а розетки удлиненной формы у них появились только примерно в 10 лет — возрасте, в котором палеонтологи считают, что тираннозавр перешел во взрослую жизнь. «Это намекает на то, что детенышу тираннозавра не нужна такая стабильная лунка», — говорит он. Это открытие связано с другими исследованиями, предполагающими, что молодые и взрослые особи тираннозавра имели разную диету.

Исследователям уже давно известны необычные формы глазниц у архозавров — группы животных, в которую входят динозавры, птицы и крокодилы. Однако предыдущие исследования в первую очередь обращали внимание на диаметр глазного яблока или фокусировались на одной подгруппе архозавров, говорит Томас Хольц, палеонтолог из Университета Мэриленда в Колледж-Парке. «Это [новое исследование] представляет собой гораздо более полный взгляд на эволюцию размера и формы глаз архозавров, чем когда-либо прежде», — говорит Хольц. Его особенно впечатлило то, что Лаутеншлагер включил в свой анализ различные доказательства. «Приятно находить разумные и математически обоснованные объяснения конкретным формам, которые мы обнаруживаем в анатомических структурах», — говорит он.

–Кэтрин Райт

Кэтрин Райт — заместитель редактора журнала «Физика».

Исследователи раскрыли подробности того, как перья пустынного рябка поглощают воду, и это открытие может помочь в разработке искусственных материалов, аккумулирующих воду. Читать далее "