Моделирование запретило сверхзвуковой хвост бронтозавра

Европейские исследователи проверили гипотезу о сверхзвуковом хвосте бронтозавра с помощью комплексного биомеханического моделирования. Оказалось, что учет неподвижного крестца и сопротивление воздуха сильно снижают скорость, с которой может болтаться хвост. Кроме того, движение кончика хвоста со скоростью звука оказалось несовместимым с предельными механическими нагрузками, которые способны выдерживать мягкие ткани. Исследование опубликовано в Scientific Reports.

Зауроподы — это группа динозавров, которых принято считать самыми крупными наземными животными на Земле. Их длина могла достигать 49 метров. Принадлежащий зауроподам род Brontosaurus, известный своей длинной шеей, обладал также внушительным хвостом. И, хотя палеонтологи никогда не находили хвосты этих ящеров целиком, по совокупности находок они знают, что эти части тела содержали около 80 позвонков, уменьшающихся по мере приближения к кончику.

Существует множество гипотез о том, как именно бронтозавры использовали свои хвосты. Им предписывали опорную, балансную, тактильную и оборонительную функции. Авторы одной из работ, исследовавшей обороноспособность хвоста бронтозавров, сравнили его с кнутом — орудием, издающим щелчок благодаря тому, что кончик, называемый крекером, преодолевает скорость звука. Они провели биомеханическое моделирование хвоста, разбив его на 14 сегментов по 5-8 позвонков и добавив на его конец некоторую гипотетическую структуру, состоящую из мягких тканей и игравшую роль крекера. В результате расчетов ученые показали, что скорость кончика могла достигать 560 метров в секунду, и хвост мог издавать звуки.

Гипотеза о сверхзвуковом хвосте бронтозавров — это довольно сильное заявление. Проверить его с помощью комплексного биомеханического подхода решила группа итальянских и португальских ученых во главе с Симоном Конти (Simone Conti) из Школы науки и технологий NOVA. Авторы первыми учли устойчивость мягких тканей нагрузкам на кожу, сухожилия и связки при движении хвоста и показали, что достижимая при этом скорость кончика существенно меньше скорости звука.

Ученые представили хвост в виде цепочки из 82 позвонков, смоделированных с помощью жестких цилиндров, шарнирно связанных друг с другом и с крестцом, который авторы считали неподвижным. Физическая модель также включила в себя упругость и трение мягких тканей, а также сопротивление воздуха.

Наличие крестца и упругость суставов ограничили амплитуду колебания хвоста у самого основания пятью с половиной градусами. Авторы симулировали распространение волны по хвосту, запуская ее на первых восьми элементах, и следили за тем, как будет двигаться его конец. В результате численного эксперимента скорость хвоста достигла максимума в 32,7 метра в секунду, что более, чем в 10 раз медленнее звука.

Ученые не включали в симуляцию крекер, резонно заметив, что дополнительный участок мягкой ткани лишь увеличит сопротивление воздуха, уменьшив тем самым скорость. Тем не менее, они провели дополнительное исследование, рассмотрев три различных конфигурации хвостового окончания, двигающегося со скоростью звука. Во всех трех случаях центробежная нагрузка на мягкие ткани, в первую очередь, кожу, была слишком высокой. Чтобы ее выдержать, хвост должен был бы быть более чем в два раза толще, чем этого предполагают палеонтологи.

Другими словами, гипотеза о сверхзвуковом щелкающем хвосте бронтозавра не подтвердилась. Вместе с тем описанная модель вполне допускает использование хвоста как оружия. Оценки показали, что удар концом на максимально достижимой скорости (порядка 30 метров в секунду) был бы эквивалентен ударом мячиком для гольфа, летящим со скоростью 88 метров в секунду, или волейбольным мячом, летящим со скоростью 57 метров в секунду. Он вряд ли сломал бы кости противнику, но, видимо, способен был причинить боль. Впрочем, хвост самого бронтозавра при таком применении тоже вряд ли остался бы цел.

Описанное исследование — не первый пример того, как механика позволяет понять назначение хвоста динозавров. Ранее ученые выяснили, что хвост Coelophysis bauri помогал ему экономить энергию при ходьбе.

Реклама: ООО «ОМД Эвиденс», ИНН 7727306019.