Как летали крылоящеры?

Птерозавр и птеродактиль — два названия диковинных летающих существ; первое из них в переводе с греческого означает «крылоящер», второе — «летательный палец». 

Впервые остатки такого животного были найдены еще в XVIII веке. С тех пор ученые описали более 200 видов крылатых ящеров, однако обывательские представления об этих драконах, царивших в небе мезозойской эры более 160 миллионов лет, остается прежним. Мы неизменно представляем их неповоротливыми, но очень опасными летающими рептилиями с длинным клювом и кожистыми крыльями, вышагивающими на задних лапах, словно пингвины.

Но так ли это?




Огромное количество палеонтологических находок, сделанных в последнее время, позволяет нам узнать, что птерозавры бывали самого разного внешнего вида и размера, и поведением тоже сильно разнились. Сотни видов птерозавров жили одновременно, занимая разные экологические ниши, как нынешние птицы. Среди них были чудища-великаны, такие, как кецалькоатль (Quetzalcoatlus northropi), одно из самых крупных летающих существ, известных на сегодня: стоя на четвереньках, он мог поспорить ростом с жирафом, а в размахе крыльев достигал 10,5 метра. Но были и птерозавры размером с воробья: такие сидели на ветках в древних лесах и, скорее всего, ловили насекомых.

Одна из самых любопытных находок — окаменевшие яйца птерозавра. Сканируя те, что лучше сохранились, ученые увидели под скорлупой эмбрионов и смогли узнать о том, как они развивались. Одно яйцо даже было обнаружено в яйцеводе самки дарвиноптера (Darwinopterus), обитавшего в Китае, а рядом с ним — другое, которое, очевидно, выдавило наружу под весом вулканического пепла, покрывшего животное. Миссис Т (так назвали эту самку) стала первым птерозавром, чей пол был точно установлен. Гребня у нее на черепе не было. Возможно, такие выросты украшали только головы самцов, как украшают они самцов некоторых современных видов птиц — природа подарила им большой, ярко окрашенный гребень, чтобы привлекать особей противоположного пола.


Представления о птерозаврах сильно изменились — даже в том, что касается их внешнего вида и поведения. Объясняется это отчасти тем, что до самого недавнего времени ученым приходилось строить свои заключения по крайне малому количеству образцов.

Птерозавры отличались, прямо скажем, весьма странной анатомией. Может показаться, что они были плохо приспособлены для жизни что на земле, что в воздухе. Когда-то даже думали, что крылоящеры ползали на брюхе, или представляли их разгуливающими на задних лапах с вытянутыми вперед, словно у зомби, длинными передними конечностями и волочащимися сзади, будто плащ, сложенными крыльями. Позднее по ископаемым следам установили, что птерозавры передвигались на четырех конечностях, но в том, как именно, и куда они девали крылья, ясности по-прежнему не было. А в их летных способностях сомневались настолько, что считали их неспособными оторваться от земли, иначе как бросившись вниз с обрыва.

«Довольно часто встречаются особи, у которых голова и шея были в три, а то и в четыре раза длиннее туловища», — рассказывает биофизик Майкл Хабиб из Музея естественной истории округа Лос-Анджелес. Даже художники с научной подготовкой часто ошибаются, изображая их. «Они берут за образец птицу, только пририсовывают ей перепончатые крылья и гребень, — рассказывает Майкл. — Однако пропорции тела у птерозавров были совсем не птичьи».

Хабиб решил пересмотреть сложившиеся представления о биомеханике птерозавров с помощью, во-первых, математического подхода и, во-вторых, практических знаний анатомии позвоночных, которые он приобрел на другой своей работе, а именно в лаборатории медицинской школы Университета Южной Калифорнии. Подобно большинству ученых, Майкл полагает, что первые птерозавры, появившиеся около 230 миллионов лет назад, произошли от легких, стройных рептилий, хорошо приспособленных для бега и прыжков. Способность прыгать — чтобы схватить летящее насекомое или увернуться от зубов хищника — эволюционировала в способность, по выражению Хабиба, «подпрыгивать и зависать в воздухе».


Прибегнув к помощи уравнений, используемых в авиатехнике, Хабиб и его коллеги опровергли гипотезу о прыжках с обрывов. Кроме того, они доказали, что если бы птерозавры взлетали из вертикального положения, стоя на задних лапах, то у крупных видов от перегрузки ломались бы бедренные кости. Взлет с четырех конечностей более практичен.

«Нужно подпрыгнуть вверх, опираясь на передние конечности, словно прыгун в высоту — на свой шест», — объясняет Хабиб. Чтобы взлететь с воды, птерозавры использовали крылья на манер весел в академической гребле: отталкивались ими от поверхности. И, опять-таки, как у гребцов, у них были большие, развитые плечи, с которыми часто сочетались поразительно маленькие лапки — чтобы свести к минимуму лобовое сопротивление в полете.

Крыло птерозавра представляло собой перепонку, натянутую от плеча до лодыжки; а растягивал ее чрезвычайно длинный летательный (четвертый) палец, образующий переднюю кромку крыла. На образцах из Бразилии и Германии видно, что перепонка была пронизана тонкими мышцами и кровеносными сосудами. Дополнительную жесткость перегородке придавали «прошивавшие» ее белковые тяжи. Сегодня ученые полагают, что птерозавры могли слегка видоизменять профиль крыльев в зависимости от условий полета, сокращая мышцы либо разворачивая лодыжки внутрь или вовне.

Изменение угла наклона окостеневшего сухожилия на запястье — птероида, возможно, служило той же цели, что и разворот предкрылков у больших современных самолетов — увеличению подъемной силы на малых скоростях.

Кроме того, у птерозавров в обеспечение полета было вовлечено больше мышц и большая доля массы тела, чем у птиц. А в их мозге, как и у птиц (и даже лучше), были развиты лобные и зрительные доли, мозжечок и лабиринт: такой мозг мог быстро реагировать на изменение обстановки в полете и передавать сигналы на многочисленные мышцы, регулировавшие натяжение перепонки.

Благодаря работам Хабиба и его коллег, птерозавры предстают уже не крылатым недоразумением, а искусными авиаторами. Многие виды, похоже, были приспособлены для медленного, но очень длительного полета на большие расстояния; они могли парить над океаном, используя слабые теплые восходящие потоки воздуха (термики). Существовали и такие виды, которые Хабиб называет суперлетунами: например, у никтозавра (Nyctosaurus), похожего на альбатроса, чей размах крыльев достигал почти трех метров, планерские качества, особенно то расстояние, которое он пролетал на каждый метр снижения, были вполне сопоставимы с характеристиками современного спортивного планера.

«Ладно, с крыльями все понятно, — начал как-то после лекции Хабиба один палеонтолог. — Но что вы скажете про головы? » У кецалькоатля, например, череп мог быть трехметровой длины, тогда как тело — меньше метра. А у никтозавра из огромного черепа торчала длинная «мачта», к которой, вероятно, крепился гребень.

Отвечая на вопрос, Майкл рассказал о мозге птерозавров, масса которого, как у птиц, лишь чуть-чуть утяжеляла огромную голову, рассказал о костях, которые были полыми, тоже как у птиц, и даже легче. Толщина костных стенок иногда не превышала миллиметра, притом что костная ткань была образована многочисленными перекрещенными слоями, что придавало прочность костям (как у многослойной фанеры). А изнутри полости для пущей жесткости были пересечены перегородками. Все это позволяло птерозаврам достичь больших размеров тела без существенного увеличения массы.

Черепа, украшенные гребнями, и зияющие пасти были настолько огромны, что Хабиб, глядя на них, разработал «гипотезу Страшного Серого Волка»: «Если у тебя большая пасть, то ты больше сможешь проглотить. А выступающий гребень мог привлекать самок». Ну а возвращаясь к вопросу того палеонтолога, птерозавры, по мнению Майкла, были «огромными летающими головами-убийцами».