Анализ походки наземных птиц рассказал о биомеханике тираннозавра

Биологи проанализировали походку двенадцати различных видов наземных птиц и исходя из этих данных разработали статистическую модель, описывающую биомеханику их передвижения. Эту же модель можно использовать и для описания ходьбы и бега двуногих хищных динозавров, утверждают авторы статьи в PLoS ONE.

Вопрос о том, как ходили и бегали двуногие хищные динозавры, уже давно не дает покоя ученым. Для того, чтобы определить с какой скоростью двигался, например, тираннозавр и какая у него при этом была длина шага, иногда биологи проводят довольно необычные эксперименты. Многие отмечают, что походка двуногих динозавров должна очень сильно напоминать наземное перемещение птиц, поэтому, например, в 2015 году чилийские ученые провели эксперимент, в котором походку двуногих динозавров исследовали, приделав к курице искусственный хвост. Позже за эту работу биологам была присуждена Шнобелевская премия.

При этом, несмотря на то, что птицы, в отличие от динозавров, не вымерли, биомеханика даже их наземного перемещения все еще изучена далеко не полностью.

Чтобы прояснить возможные особенности походки двуногих динозавров, группа биологов из Австралии, Великобритании, Португалии и США под руководством Питера Бишопа (Peter J. Bishop) из Квинслендского музея в Брисбене провела анализ наземного движения 12 видов птиц разного размера массой от 45 до 80 килограммов. Ученые связали между собой скорость перемещения, размер птиц, длину шага, а особое внимание уделили силе, с которой птица отталкивается от поверхности во время каждого шага. Полученные результаты ученые сравнили с аналогичными параметрами для других животных, которые перемещаются по земле на двух ногах.

Оказалось, что у всех из 12 видов птиц при увеличении силы отталкивания постепенно возрастает и скорость перемещения (в отличие, например, от человека, для которого переход от шага к бегу приводит к резкому изменению силы). Поэтому, например, исходя из данных о траектории центра тяжести птицы очень сложно понять, шагала она при этом или бежала. Всего исследователи нашли 26 различных параметров, связанных в том числе с геометрией и массой тела, которые монотонно и непрерывно изменяются при увеличении скорости движения.

Основываясь на статистическом анализе этих параметров, ученые построили модель для описания биомеханики наземного движения птиц. Эту модель авторы работы назвали «biomechanically informative regression-derived statistical (BIRDS) model», и она, используя только два параметра: массу тела птицы и ее скорость, — достаточно точно предсказывает, как траекторию движения животного (предсказательная способность модели более 80 процентов), так и силу, с которой птица отталкивается при каждом шаге от земли (предсказательная способность более 70 процентов).

По словам авторов работы, предложенная ими модель может использоваться и для экстраполяции на значительно большие массы, характерные для двуногих динозавров. Например, модель предсказывает, что у тираннозавра с длиной шага 3,1 метра и массой 8 тонн, который двигается со скоростью 5 метров в секунду, 54 процента времени каждого шага нога будет находиться на земле (то есть одна из ног всегда имеет контакт с поверхностью), фаза опоры, при которой обе ноги будут на земле, будет длиться 0,43 секунды, а длина одного шага составит 4,08 метра.

При этом, правда, ученые отмечают, что пользоваться этой моделью стоит с осторожностью, потому что, как показали результаты работы, на силу отталкивания и траекторию достаточно сильно влияет положение центра тяжести всего тела, которое у динозавров было немного смещено относительно птиц.

Изучать особенности биомеханики динозавров можно не только анализируя современные виды птиц, но и изменяя их геном. Благодаря этому ученым, например, удалось запустить развитие костей голени по древнему сценарию, в результате чего у цыплят выросли конечности, напоминающие ноги динозавров.

Александр Дубов