Прочность костей динозавров списали на губчатое вещество

У динозавров объемная доля губчатого вещества в костях была тем выше, чем больше они весили, сообщается в PLoS ONE. Эта же закономерность наблюдается у современных млекопитающих. А количество и толщина трабекул отрицательно коррелировали с массой динозавров: чем она была больше, тем указанные параметры — меньше. У млекопитающих имеет место обратная ситуация. По-видимому, высокая прочность костей крупных динозавров достигалась не за счет широких трабекул, а за счет увеличенного числа связей между ними.

С одной стороны, скелет должен выдерживать значительные нагрузки при ходьбе, беге, прыжках, да и просто когда животное стоит. Поэтому кости не могут быть тоньше и легче определенного предела, иначе они будут часто ломаться. С другой стороны, слишком массивные кости тоже не подходят, хотя они, очевидно, прочнее: слишком много мышечной работы нужно на их перемещение. Компромисс между прочностью и массой достигается за счет губчатого вещества кости. Оно не сплошное, а содержит «балки» — трабекулы, которые при меньшем весе позволяют выдержать нагрузку, сравнимую с той, что была бы допустима для монолитной кости таких же формы и объема.

В этой связи особенно интересно, как огромные динозавры решали проблему прочности и массы костей, имело ли их губчатое вещество какие-нибудь особенности строения, ведь самые крупные динозавры были гораздо больше рекордсменов по габаритам среди наземных млекопитающих.

Чтобы ответить на этот вопрос, сотрудники нескольких университетов США во главе с Сетом Донехью (Seth W. Donahue) из Массачусетсткого университета в Амхерсте с помощью компьютерной микротомографии изучили у различных видов динозавров и млекопитающих строение губчатого вещества верхнего эпифиза большеберцовой и нижнего эпифиза бедренной костей — то есть тех их частей, которые образуют коленный сустав, один из важнейших для передвижения.

Методом конечных элементов ученые рассчитали, какие механические нагрузки способны выдержать длинные кости ног динозавров и млекопитающих. Также они сравнили долю, которую занимает губчатое вещество кости, и плотность расположения трабекул в нем с массой конкретного животного. В анализ вошли животные, масса тела которых при жизни, как предполагают ученые, составляла от 1 до 10000 килограммов. Из млекопитающих это были овцы, тигры, носороги и слоны, из динозавров — разные виды эдмонтозавров, орнитомим и теризинозавр, троодон и некоторые другие.

Некоторые закономерности оказались общими для динозавров и млекопитающих. Так, у тех и других объемная доля губчатого вещества в кости тем выше, чем больше его масса. Однако число трабекул и их толщина у млекопитающих тоже растут с массой, а вот у крупных динозавров они, напротив, падают по мере увеличения самого животного. Зато у массивных «ужасных ящеров» увеличивается среднее число связей-«перегородок» между трабекулами. Этого, предполагают авторы, могло быть достаточно, чтобы кости динозавров выдерживали особо высокие нагрузки.

У исследования есть ряд недочетов, о которых упоминают сами ученые. Во-первых, в нем учитывали сравнительно небольшое число видов. Во-вторых, невозможно абсолютно точно определить массу вымершего животного, так что оценки размеров динозавров, использованные в работе, могут быть неточными. В-третьих, в палеонтологическом материале могут быть незаметны какие-то особенности строения клеток, которые могли бы повлиять на результат работы.

Недавно палеонтологи обнаружили на костях динозавра следы злокачественного новообразования. Сотрудники Королевского Тиррелловского палеонтологического музея заключили, что малоберцовая кость Centrosaurus apertus, найденная в 1989 году, деформирована так, если бы животное болело остеогенной саркомой. Это первый раз, когда у динозавров достоверно выявляют злокачественные опухоли.

Светлана Ястребова