История зауроподов, или Как природа складывает эволюционные пазлы

    Самыми крупными животными в истории планеты были зауроподы. Составьте вместе четыре лондонских омнибуса — вот какая длина. Они рождались 10-килограммовыми птенцами, а масса взрослых особей достигала 100 тыс. кг. Одни только ноги весили несколько тонн.

    Эти четвероногие титаны юрского и мелового периодов (200–65 млн лет назад) имели целый ряд специализаций, которые позволили им достичь таких масштабов. Благодаря длинной шее, широко открывающимся челюстям и зубам-граблям диплодоки, брахиозавры и иже с ними объедали верхушки деревьев и потребляли огромное количество листвы, не растрачивая энергии на перемещение массивных ног. Кости таза и конечностей были достаточно крепкими, чтобы выдерживать вес динозавров, а полые позвонки и маленькие головы облегчали нагрузку. Особая схема развития костей позволяла молодняку набирать по несколько тонн в год.

    Палеонтологи долго считали, что эти анатомические новинки возникли одновременно с большими зауроподами — что взрыв эволюционной специализации совпал с увеличением размеров. Однако в последние годы было сделано несколько открытий, которые показали, что многие важные изменения появились задолго до этого среди ранних зауроподоморфов. Пол Барретт из Музея естественной истории в Лондоне (Великобритания) называет эту группу «невоспетыми членами сообщества динозавров».

    Ранние зауроподоморфы разгуливали на двух конечностях и вообще имели, на первый взгляд, мало общего со своими огромными потомками. Но именно эти маленькие существа постепенно начинали есть, передвигаться и дышать так, что в дальнейшем эти функции сделали возможными появление зауроподов.

    Этап I: начиная с малого

    Большинство окаменелостей, относящихся к этому периоду, найдено в захолустных районах Южного полушария, прежде всего в Аргентине и Южной Африке.

    В 2006 году палеонтолог Рикардо Мартинес обнаружил многообещающий набор костей в пустыне на северо-западе Аргентины. Они вышли из породы конца триасового периода (около 230 млн лет назад) — в то время только начинали появляться первые динозавры. Мартинес обнаружил, что зубы имели грубые зазубрины по краям — приспособление для резки волокнистых растительных материалов. У других ранних динозавров были тонкие зубцы, более подходившие для рассечения плоти. Поэтому учёный решил, что ему попался крошечный предшественник великих зауроподов.

    В 2009 году Мартинес и Оскар Алькобер, тоже из Музея естественных наук Сан-Хуана (Аргентина), описали этот частичный скелет. Животное передвигалось на двух ногах, имело 1,6-метровое тело высотой с индейку и длинный хвост, а весило всего 7–8 кг. Мартинес назвал его Panphagia protos — «первое всеядное».

    Г-н Барретт считает, что расширение рациона — самый первый шаг на пути к увеличению размеров тела. Однако обычное пощипывание травки не позволило бы это сделать, говорит Мартин Зандер, палеонтолог Боннского университета (ФРГ). Поэтому зауроподы подняли голову.

    Для такого питания требуется длинная шея, которая была бы невероятно тяжёлой, если бы имела твёрдые позвонки. Поэтому позвонки больших зауроподов пронизаны отверстиями. Масса этих заполненных воздухом (пневматических) костей составляла всего 35% от веса твёрдых костей. Благодаря этому длина шеи могла достигать 15 м, отмечает Мэтью Уэдел, палеонтолог из Западного университета наук о здоровье (США). Возможно, полости пневматических костей были связаны с воздушными мешками внутри организма, что помогало направлять струю воздуха через лёгкие и повышать эффективность дыхания гигантов (нечто подобное наблюдается у современных птиц). Без этих воздушных мешков зауроподы не смогли бы очистить застоявшийся воздух, наполнявший шею после каждого вдоха: лёгкие были слишком малы, чтобы справиться с ним в одиночку.

    Так вот, г-н Уэдел нашёл потенциальных предшественников таких пневматических костей у раннего зауроподоморфа Pantydraco: его шейные позвонки имели ямки в тех местах, где у зауороподов были отверстия. Тем самым увеличивалась эффективность кислородного обмена, и это позволяло предкам динозавров побеждать в конкурентной борьбе, ведь в конце перми и начале триаса (260–240 млн лет назад) атмосферная концентрация кислорода была ниже, чем сегодня.

    Этап II: несколько тонн в год

    Ранние зауроподоморфы были маленькими, юркими и в основном двуногими. То есть могли убежать от хищника. Однако на новом этапе эволюции они вырастают до 2–10 м в длину.

    Самая старая окаменелость этой стадии относится к началу юрского периода (ок. 200 млн лет назад). Прозауроподы имели более длинные шеи и туловища, более крупные тела и относительно короткие ноги по сравнению с предшественниками. Именно масса тела, которая была на порядок выше, чем у хищников того времени, позволила ещё менее проворным зауроподам выжить. «Злодей просто не мог укусить так, чтобы убить», — отмечает г-н Зандер.

    Если бы зауроподы росли медленно (как большинство рептилий), на достижение полного размера уходило бы не меньше века. Но это означало бы беззащитность молодняка в течение длительного времени.

    Ключевой «инновацией» стала фиброламеллярная кость, которая развивается в два приёма. «Каркасная структура костей расширяется очень быстро, благодаря чему они растут примерно на одну десятую миллиметра в день, постепенно заполняясь внутри», — поясняет г-н Зандер.

    Истоки этой черты появились задолго до гигантских зауроподов. В 2005 году г-н Зандер и один из его аспирантов Николь Кляйн обнаружили признаки фиброламеллярной кости у платеозавра, который жил в конце триаса и имел около 10 м в длину. Изучив останки более сорока особей, учёные показали, что некоторые животные достигли полного размера всего за 12 лет.

    Быстрый рост более характерен для теплокровных животных — возможно, некоторые динозавры и впрямь имели повышенную температуру тела. Недавно Роберт Игл, геохимик из Калифорнийского технологического института (США), и его коллеги вычислили, что гигантские зауроподы брахиозавр и камаразавр были на 5–12 ˚С теплее, чем современные аллигаторы.

    У платеозавра и прочих прозауроподов появились и другие анатомические изменения, которые помогли их потомкам приобрести баснословные размеры. Например, титану нужен усиленный крестец. Так вот, у ранних зауроподоморфов было два крестцовых позвонка, а у прозауроподов — уже три.

    Эти и другие нововведения привели к эволюционному скачку в конце триаса: семикилограммовых зауроподоморфов (например, Panphagia) сменили четырёхтонные платеозавры. «Резкое увеличение размера наблюдаются в течение первых 25 млн лет истории зауроподоморфов, — говорит Мартин Эскурра, палеонтолог Аргентинского музей естественных наук им. Бернардино Ривадавии. — Это самый быстрый прогресс в истории жизни на Земле».

    Этап III: на ступенях трона

    Представителей этой стадии (их можно назвать почти зауроподами) нашёл Адам Йейтс из Университета Витватерсранда (ЮАР) в Южной Африке. Он и его коллеги сорвали куш на холме Спион-Коп.

    Новый вид назвали Aardonyx celestae. По нижней челюсти животного учёные определили, что динозавр не обладал мясистыми щеками, которые не позволяли открывать рот широко. Иными словами, вместо того чтобы отрывать маленькие кусочки и жевать, как это делали его старшие родственники, Aardonyx делал мощные глотки.

    Это приспособление покончило с необходимостью в больших мышцах челюсти и массивной голове и позволило развиться длинной шее, указывает г-н Зандер.

    Aardonyx был двуногим, но его ноги уже имели то, что впоследствии привело к передвижению на четырёх конечностях. Мэтью Боннан из Западного Иллинойсского университета (США) отмечает, что бедро существа было длиннее голени (в отличие от ранних зауроподоморфов, у которых эти кости были примерно одинакового размера). «Это позволяет предположить, что животным была нужна не столько скорость, сколько поддержка», — говорит учёный.

    Передние конечности динозавра не отставали. У истинных зауроподов пара длинных костей предплечья сцеплена таким образом, чтобы конечности были крепче. Aardonyx находился на более ранней стадии такого переплетённого предплечья.

    В этом году был описан почти зауропод из ранней юры Leonerasaurus taquetrensis, который имел всего лишь 2,5 м в длину и ходил на двух ногах. Но имел четыре крестцовых позвонка. В прошлом году г-н Йейтс предположил, что четыре крестцовых позвонка — верный признак четвероногости.

    Г-н Барретт также обнаружил, что леонеразавр располагал ложковидными, наклонёнными вперёд передними зубами, которыми легко было загребать растительность — так же, как это позднее делали истинные зауроподы.

    Исследователи отмечают, что Leonerasaurus и другие зауроподоморфы не были предками зауроподов. Поскольку в палеонтологической летописи много пробелов, прямых предшественников определить трудно. Они просто дают нам понять, как могла проходить эволюция зауроподов.

    Этап IV: на четвереньках

    Многие зауроподоморфы позднего триаса и ранней юры могли передвигаться по мере необходимости и на двух, и на четырёх ногах. Только в 2008 году Ронан Аллен из Национального музея естественной истории (Франция) и Наджат Акесби из Университета Мохаммеда V (Марокко) описали жителя поздней юры, который не вставал с четверенек.

    «Тазудазавра можно считать самым старым истинным зауроподом», — говорит г-н Аллен. В отличие от своих предков, у которых были длинные хватательные пальцы, это 9-метровое животное имело короткие руки, на которые можно опираться. Tazoudasaurus попал в новую группу зауроподов под названием Gravisauria («тяжёлые ящеры»).

    «Тяжесть» — понятие относительное: самые массивные зауроподы возникли только через 90 млн лет после этого. К началу мелового периода длина тела некоторых видов достигла 40 м, а масса тела приблизилась к 100 т. Но по сравнению с более ранними ступенями эволюции в этот период появилось очень мало новых хитростей.

    История зауроподов — великолепный пример важности предварительной адаптации. Новые черты могут быть нейтральными или служить какой-то совсем другой цели, но позже складываются вместе, и тогда... «У истинных зауроподов просто всё встало на свои места, — говорит г-н Уэдел. — Каким-то образом они получили весь набор функций, позволивших им вырасти».