Лига Палеонтологии

Смотрите: длина – это рост животного, его «линейный размер». Количество теплоты, которое вырабатывается организмом, зависит от его объёма (то есть веса). А вот количество лишней теплоты, которая «сбрасывается» в окружающую среду, зависит от площади поверхности! Увеличили рост животного в 2 раза? При этом количество внутреннего тепла увеличится в 8 раз, а вот «площадь радиатора» для охлаждения увеличится только в 4 раза! А это значит, что чем крупнее животное, тем быстрее оно перегревается (и тем медленнее замерзает).

Ещё пример? Количество еды, необходимой животному, зависит от объёма (веса). А длина ног? Она зависит от линейного размера! Если мы увеличим рост (то есть «длину шага») в 2 раза, то количество нужной еды (и воды, кстати, тоже) увеличится в 8 раз! А это значит, что чем крупнее животное, тем сложнее ему наесться и напиться.

Точно так же можно оценивать прочность костей, силу мышц, скорость передачи импульсов по нервам...

Помните мультфильмы и фильмы про ужасного монстра Годзиллу? Который может опрокидывать дома и ломать, как спички, огромные стойки линий электропередач?

Давайте применим к нему наши знания биомеханики. Итак, согласно комиксам, рост монстра – 60 метров. Взрослый человек (для простоты расчётов пусть рост его будет высокий – 2 метра) в спокойном состоянии генерирует 80 ватт энергии в час, опытный спортсмен во время соревнований – в среднем 400 ватт в час, ну а во время «финального рывка» может развить мощность около 1 киловатта.

Само собой, чтобы возместить такие энергопотери, человеку нужно есть – особенно спортсмену (до  4 тысяч килокалорий в сутки!). Что же показывают расчёты для Годзиллы? 60 разделить на 2 равно 30. Тогда объём тела (и количество необходимой энергии, и пищи тоже) увеличится в... 27 тысяч раз! Считаем еду. 4 тысячи килокалорий для спортсмена «на рывке» – это (приблизительно) 2 килограмма мяса. Тогда Годзилле, чтобы опрокидывать дома, понадобилось бы... 54 тонны мяса в сутки. Это коровье стадо в 200 голов. Реально такое в живой природе? Нет. Бедный Годзилла умер бы от голода.

Теперь вспомним про такую вещь, как сброс тепла! Масса тела и тепло как оцениваются? Через объём. Вырабатывает Годзилла в 27 тысяч раз больше тепла, чем человек, а вот «сбрасывает» в окружающую среду только в 900 раз больше! А ещё вспомним, что у человека теплосброс идёт через мягкую тонкую кожу с большим количеством потовых желёз, а у Годзиллы непробиваемая костяная броня (пули и снаряды не берут). Реально такое в живой природе? Нет. Годзилла просто сварился бы заживо от собственного внутреннего тепла.

Человеческие кости очень прочны – они могут «на сжатие» выдержать давление до 150 мегапаскалей. Вес Годзиллы в 27 тысяч раз больше веса человека. Прочность кости пропорциональна площади её сечения – но и кости Годзиллы в 30 раз больше по диаметру, прочность их возрастёт только в 900 раз! Чтобы выдержать гигантский вес Годзиллы, его кости должны быть из материала в несколько раз прочнее любого известного людям титанового сплава! А если кости «обыкновенные», то Годзилла под собственным весом просто сложится, как карточный домик! К этому можно добавить ещё и то, что чудовищного давления не выдержат также хрящи и суставы Годзиллы – биомеханика доказывает, что его колени просто лопнут, как перезревшие помидоры.

Напоследок про давление крови. Не будем больше сильно утомлять вас цифрами и расчётами – вы уже и сами понимаете, что для того, чтобы гнать кровь (примерно 135 тысяч литров) по организму, в том числе доставлять её к мозгу (на высоту 60 метров), понадобятся кровеносные сосуды колоссальной прочности, а также невероятной мощности сердце. Если обыкновенный жираф – просто гипертоник, то бедолага-Годзилла, едва родившись, умер бы от инфаркта или инсульта.

Сегодня даже детсадовцы знают про страшного тираннозавра рекс, или про длиннющего диплодока, или про стегозавра с фигурными пластинами на спине, или про трицератопса с рогами и костяным воротником...

В многочисленных фильмах и видеоиграх мы можем видеть, как эти удивительные животные двигались, питались, выхаживали детёнышей. И никаких вопросов как бы уже нет, «наука всё уже открыла», верно?

Но погодите. Ведь на самом деле учёные находили только окаменевшие кости этих животных! Иногда более-менее целые скелеты, но гораздо чаще – только отдельные фрагменты. Откуда же мы знаем, как именно эти животные жили? Как передвигались? Какими они были в живой природе сотни миллионов лет тому назад? На эти вопросы в состоянии ответить только одна наука – биомеханика и биомеханическое моделирование (в том числе компьютерное). И, кстати говоря, до сих пор вопросов у настоящих учёных (в отличие от кинорежиссёров) намного больше, чем ответов.

Скажем, для того чтобы ответить на вопрос, как именно двигался динозавр, нужно прежде всего оценить его вес и понять, где именно был расположен центр тяжести тела. А оценки учёных тут на самом деле очень разные. Как сказать, где расположен центр тяжести, если нам неизвестна даже точная длина тела?!

Скажем, огромный аргентинозавр – один из самых крупных динозавров, обнаруженных учёными. Какова была его длина?

«Не знаем точно, – отвечают учёные, – примерно от двадцати до тридцати пяти метров». Подумайте – ведь это ну очень грубая оценка. Это как оценить рост первоклассника Сидорова «примерно от 80 до 180 сантиметров». Какой продавец сможет при такой точности продать на Сидорова брюки и рубашку, а?

А что с весом аргентинозавра? А снова: «Не знаем точно, примерно от 60 до 110 тонн». Кхм... «Даша, сколько в тебе килограммов?» – «Ну, примерно от 15 до 29». Да что же это за такое! Нельзя ли поточнее?

И вот на такой шаткой основе учёные-биомеханики вынуждены строить сложнейшие компьютерные модели, которые позволяют нам понять (или не понять) – какими же были динозавры. Причём чтобы было правдоподобно, чтобы не получилось, как с Годзиллой – такого животного в природе не может быть!

Вот вам пример: если предположить, что динозавры «сделаны из таких же костей и мяса, как и современные животные, и устроены точно так же», то их масса получается очень большой, «эти животные были запредельно тяжёлые, им было невероятно трудно дышать и двигаться». Тогда биомеханики предположили, что внутри тела динозавров были пустые воздушные мешки – как у современных птиц. Тогда средняя плотность тела снижалась, и масса получалась намного более правдоподобной. Большинство современных учёных считают, что у динозавров были воздушные мешки.

Казалось бы, «загадка разгадана», да? Но тут же возникла другая! Те же самые биомеханики, подсчитав возможные места расположения воздушных мешков, пришли к обескураживающему выводу – получалось, что центр плавучести у таких динозавров (скажем, у полуводного брахиозавра) располагался ниже, чем центр тяжести. А что это означает с точки зрения физики, не знаете? А это означает, что в воде тело динозавра было неустойчиво, его должно было постоянно переворачивать и опрокидывать брюхом кверху! Можете себе такое представить? Вот и учёные поняли, что надо искать ответ дальше, и воздушные мешки – вовсе не идеальный ответ...

До сих пор очень много вопросов у учёных вызывает кровообращение динозавров – как же они могли перекачивать кровь по своему огромному организму. У современных рептилий – даже гигантских комодских варанов – артериальное давление не превышает 10 килопаскалей. А у гигантского диплодока голова находилась на высоте 6 метров относительно сердца – и нужно было давление порядка 80 килопаскалей, 600 миллиметров ртутного столба! Какой же прочностью должны были обладать сосуды? Какой силой должно было обладать сердце? И некоторые современные специалисты – вполне серьёзно! – утверждают, что у крупных динозавров могло быть два сердца. Или даже три! А кто знает? Внутренних органов динозавров не сохранилось, одни косточки остались.

А как много вопросов до сих пор связано с движением динозавров! Возьмём, наверное, самого популярного динозавра, всеобщего любимца – 12-метровый, 10-тонный тираннозавр рекс! Сперва учёные думали, что тираннозавры ходили на двух ногах, опираясь на свой толстый и мускулистый хвост. Именно так тираннозавров рисовали в учебниках биологии ещё в 90-е годы прошлого века. Однако затем исследователи пришли к выводу, что тогда тираннозавры были бы очень медлительными, и решили, что тираннозавры двигались просто «на двух ногах», «бипедально», с хвостом «на весу». Именно такого грозного тираннозавра мы знаем по фильмам «Парк юрского периода» и «Прогулки с динозаврами». Так?

Так, да не очень так! – отвечают всё те же современные биомеханики. Да, при такой позе тела (а она вполне возможна, если центр тяжести динозавра расположить в нужной точке) тираннозавр мог развивать большую скорость, стать тем самым «грозным охотником из кино». Но... Те же биомеханические расчёты безжалостно показывают – при движении такой тираннозавр обладал колоссальной инерцией, а положение его было максимально неустойчивым. Переводя с языка физики на обычный язык – тираннозавру было невероятно трудно «затормозить», плюс его постоянно «раскачивало» в движении, в повороте его вообще могло завалить на бок. А упавший на бок 10-тонный тираннозавр – при его строении конечностей! – самостоятельно подняться уже не мог. Никак.

Сомневаетесь? А проведите ещё один простой опыт по биомеханике. Возьмите длинную деревянную доску – как минимум вашего роста, а лучше длиннее. Возьмите её за середину (тот самый «центр тяжести») и уложите себе на голову, придерживая руками (наверняка понадобятся мягкая шапка и помощь друзей). Теперь вы – биомеханическая модель бипедального тираннозавра, передний конец доски – голова, задний – хвост. Попробуйте с такой доской на голове походить, побегать, попрыгать, резко развернуться на месте... Вы сразу же почувствуете, как «ходит» доска «по тангажу» (то есть наклоняется вверх-вниз), как она мешает двигаться, лишает манёвренности... Наконец, попробуйте аккуратно упасть набок (не отпуская доску!), а потом самостоятельно подняться на ноги...

А как же тогда тираннозавр двигался?

А вот так – как-то двигался, охотился, «жил да был», в отличие от Годзиллы, по крайней мере кости это подтверждают. Но то, что он двигался именно так, как в кино – вовсе не доказанный факт, здесь есть ещё много вопросов и загадок. Многие виды современных ящериц умеют быстро бегать на двух ногах – безусловно, но нельзя просто так взять и перенести биомеханику маленькой ящерки на гигантского динозавра!

А можно ли предположить, что динозавры состояли не из таких же материалов, как современные животные? Что их мышцы были сильнее, их нервные волокна быстрее передавали команды от мозга, что их сердце и кровеносные сосуды были намного прочнее?

Да, предположить можно. Учёные, повторимся, пока находили только кости динозавров. У нас нет (на текущий момент) почти никаких образцов их мягких тканей или, скажем, крови. Но!

Не так давно в некоторых особо хорошо сохранившихся останках динозавров учёные нашли (говорят, что нашли) следы белка коллагена. Исследования показали – коллаген динозавров вполне себе «обыкновенный», очень похож на коллаген тех же птиц...

А тогда биомеханика должна строить свои теории, считая, что динозавры состояли из тех же белков, мяса и костей, что и все современные животные. И тогда – снова возвращаемся всё к тем же самым загадкам...

Познакомиться с журналом «Лучик» можно здесь. В мартовском номере журнала читайте:

• Зачем человеку подвиг? О Сикстинской Мадонне и Александре Матросове

• Путь Сократа. (Сдержанность. Мужество. Справедливость)

• Мойдодыр, или Зачем мальчиков одевали в платья

• Русские дети. Читаем стихотворение Некрасова и думаем

• Про паклю и рваклю. Что умели наши предки

• Почему над мудрецами, ощупывающими слона, смеются глупцы?

Подписаться на «Лучик» можно до 20 февраля в почтовых отделениях или по ссылке на сайте Почты России.