Эльза Панчироли – Звери до нас. Нерассказанная история происхождения млекопитающих (страница 16)

Однако назначение этих отростков у диметродона было предметом жарких споров более столетия. Их форма и расположение – короткие в плечах и бедрах, длинные в середине позвоночника – означают, что они почти наверняка не предназначены для прикрепления мышц, используемых при кормлении, или каких-либо специальных движений, отличных от обычной активности [46]. Отростки посередине могли достигать двух метров в высоту у животного, которое само вырастает более чем на четыре метра в длину, – это намного больше, чем средний трехместный диван. Зачем такому гиганту что-то столь бросающееся в глаза?

Размышляя о назначении этих удлиненных шипов еще в 1886 году, Коп писал: «Трудно представить себе их пользу. Если только животное не вело водный образ жизни и не плавало на спине, этот гребень или плавник, должно быть, мешал активным движениям»¹⁰. Он отметил те же странные выступы у других синапсидов. У некоторых, таких как эдафозавр, были не только вертикальные шипы, но и мелкие отростки, которые выступали из них горизонтально под прямым углом.

Животное, должно быть, имело необычный вид. Возможно, тогда его спинной гребень напоминал ветви кустарника и служил для сокрытия в зарослях или в лесу; или, что более вероятно, реи соединялись мембраной с нервным хребтом или мачтой, таким образом служа животному парусом, с помощью которого оно бороздило воды пермских озер¹¹.

Коп воспринял идею мачт буквально, полагая, что такой гребень больше подходит амфибиям, чем наземным существам, и сравнивая животных с кораблями в море. Использование костей позвоночника в качестве мачты с парусом, улавливающим ветер, потребовало бы, чтобы пеликозавры бороздили водные просторы боком. Разумнее предположить, что куда проще научиться плавать, как любое другое животное на планете. Теперь мы знаем, что диметродон определенно жил на суше. И «парус» не имел ничего общего ни с плаванием, ни с ловлей ветра.

Наиболее распространенное объяснение, которое вы услышите, – отростки нужны для терморегуляции. Эта идея возникла в 1940-х годах, и такие тяжеловесы, как Альфред Ромер, поддержали ее как достойную. Теория состояла в том, что диметродон и другие синапсиды были эктотермными, или холоднокровными, как нынешние рептилии. Чтобы согреться, они вставали боком к солнцу и впитывали его тепло. Острые зубы большинства синапсидов с «парусом» означали, что они были хищниками, а тепло позволяло им двигаться быстрее, чем их медлительная добыча. Если синапсидам становилось слишком жарко, они могли отойти в тень, а кровь перекачивалась в парус, быстрее охлаждая зверей.

Использование «парусов» для регулирования температуры, казалось, имело интуитивный смысл. Они даже увеличивались по мере того, как увеличивалось в размерах само животное – такую взаимосвязь с размером тела стоит ожидать, если цель паруса действительно теплообмен. Исследователи тщательно изучили позвоночники диметродона и эдафозавра и даже реконструировали путь кровеносных сосудов (сосудистую систему). В 1986 году исследователь по имени Стивен Хаак пошел еще дальше: вооружившись математикой солнечного излучения, ориентации паруса, конвективного теплообмена и метаболического тепловыделения, он точно рассчитал эффективность паруса диметродона в терморегуляции. Он пришел к выводу, что парус повышал температуру тела в течение дня на 3–6° по Цельсию: «Температура тела неуклонно повышается в интервал, начинающийся примерно через час после восхода солнца и заканчивающегося за час или два до полудня». Как раз к обеду.

Это изменение температуры оказалось куда меньшим, чем рассчитывали другие сторонники гипотезы терморегуляции. «Эффективность паруса не так впечатляет, как можно было бы надеяться», – признал Хаак в своих выводах¹². Он также выяснил, что от паруса было очень мало пользы в выделении тепла, поэтому он вряд ли помогал диметродону остыть. Эдафозавр, с другой стороны, казалось, еще меньше использовал парус для повышения температуры. Согласно более позднему исследованию¹³, те странные горизонтальные выступы эдафозавра, которые так озадачили Коупа, способствовали охлаждению, а не обогреву. Поперечные отростки создавали завихрения в проходящих воздушных потоках, обеспечивая большую площадь поверхности для прохождения воздуха и потери тепла.

Эта и подобные ей теории основывались на множестве предположений о физиологии этих животных. Примечательно, что они были эктотермными, или холоднокровными. То есть у них не было другого способа согреться, кроме как использовать окружающую среду. Современным эктотермам, например ящерицам, необходимо греться, чтобы повысить температуру тела, но из тысяч видов загорающих холоднокровных сегодня ни у одного нет какой-либо колючей структуры на спине, принимающей участие в терморегуляции. Более того, «паруса» также встречались у мелких пеликозавров, несмотря на то что физика теплообмена меняется с размером. Разновидность диметродона Dimetrodon teutonis, например, достигала высоты линейки (примерно 30 сантиметров), и при таких размерах «парус» практически никак не влиял на нагрев или охлаждение тела. Исследовав поперечное сечение шипов в микроскопических деталях, исследователь Адам Хаттенлокер и его коллеги не обнаружили свидетельств того, что какие-либо крупные кровеносные сосуды проходили через «паруса» или вокруг них. Отверстия, которые ранее рассматривались как свидетельство усиленного кровотока, скорее всего, были результатом быстрого роста, а не васкуляризации¹⁴. Для объяснения этих необычных структур требовалась другая теория.

В начале 1900-х годов было высказано предположение, что пеликозавры, возможно, отрастили длинные нервные отростки в качестве опорных структур для больших жировых горбов. Горбатые синапсиды, возможно, запасали топливо в виде жировых отложений, скопившихся вокруг их шипов. Эдафозавр, казалось, особенно подтверждал эту гипотезу, поскольку его дополнительные горизонтальные отростки могли обеспечить структуру для толстых соединительных тканей, которые удерживали жировой бугорок и сохраняли его жестким. Вплоть до 1970-х годов некоторые исследователи выступали за такую интерпретацию. В отличие от диметродона, «парус» эдафозавра не становился больше по мере увеличения размеров тела животного, что играло в пользу теории.

Однако начали накапливаться доказательства против горбатой гипотезы. Ученые исследовали некоторые другие группы животных с большими нервными отростками. Даже диметродон и эдафозавр, какими бы похожими они ни были, были лишь отдаленными родственниками, происходящими от двух разных групп пеликозавров. Диметродон принадлежал к плотоядным сфенакодонтам, в то время как эдафозавр дал свое название травоядным эдафозавридам. Структура позвоночника развилась в результате конвергентной эволюции, она не была унаследована от общего предка. Обычно мы говорим о конвергентной эволюции, когда разные животные пытаются решить одни и те же проблемы выживания, поэтому логично предположить, что отростки на спине этих животных служили одной и той же причине.

Кроме того, «паруса» встречались и у некоторых динозавров, таких как спинозавр и уранозавр. И у них это жировые отложения? В 1998 году исследователь по имени Джек Боумен Бейли утверждал, что да. В своей статье на эту тему он указал на форму спинных отростков динозавров и сравнил их с ныне живущими зверями, утверждая, что строение динозавров походило на строение современных бизонов¹⁵. Кроме того, в поддержку своей идеи он указал на окостеневшие сухожилия в окаменелостях уранозавра. Эти сухожилия проходили между задними отростками и превратились в кость, делая конструкцию еще более жесткой.

Теория о горбатых динозаврах интересна, но она не помогла разгадать тайну пеликозавров. Сравнивая их, Бейли обнаружил, что отростки динозавров не особенно походили по форме на таковые у пермских животных: у динозавров были очень прочные, похожие на весла шипы, в то время как у пеликозавров шипы сужались, как вязальные спицы. Отростки пеликозавров также были намного длиннее по отношению к размерам их тела, составляя около 65 % роста животного, в отличие от менее чем 35 % у динозавров и 45 % у бизонов.

Несостыковки в интерпретации Бейли и других исследователей на этом не кончаются. В настоящее время бизоны представлены в двух видах, американский бизон Bison bison и европейский зубр Bison bonasus, и хотя у обоих на холке красивый горб, в основном это результат наличия массивных мышц, а не накопления жировых отложений. Животные, у которых действительно есть жировые горбы для хранения топлива – у верблюдов, как известно, есть один или два на спине, – обычно не имеют в своем скелете характерных структур, поддерживающих горб. Как нет такой структуры и у жирнохвостой сумчатой мыши, которая накапливает жир в своем хвосте. Высокие нервные отростки, как я уже упоминала, обычно поддерживают мышцы, а не целлюлит.

Забудем о том, что динозавры делали со своими странными костями позвоночника. Однако крайне маловероятно, что у диметродона или эдафозавра был горб на спине. Были и более радикальные идеи: например, что кости не имели соединяющей их кожи, а вместо этого представляли собой буквальный ряд шипов, выступающих защитным частоколом. У окаменелости Dimetrodon giganhomogenes из северного Техаса присутствовали признаки того, что отростки были сломаны и вновь срослись¹⁶. Исследователь Элизабет Рега и ее коллеги обнаружили, что микроструктура этих костей указывает на то, что отростки более устойчивы к переломам, чем кости конечностей, подтверждая теорию об их применении в целях защиты. Но от кого? Находясь довольно высоко в пищевой цепочке, неясно, кого бы диметродон отпугивал, за исключением разве что своих собратьев-сфенакодонтов. Шипы были очень тонкими и заостренными, они вряд ли могли обеспечить реальную защиту. Животные, которые сегодня используют шипы и колючки для защиты, обычно небольшого телосложения, например ежи и дикобразы, и они склонны выставлять их в виде непривлекательной подушечки для булавок, а не выстраивать их рядом кольев.