Время динозавров. Новая история древних ящеров

Работу этих мышц можно продемонстрировать опытным путем. Особо остроумный эксперимент провел мой коллега Грег Эриксон из Университета штата Флорида в середине 1990-х гг., сразу после окончания аспирантуры. Я обожаю проводить время с Грегом — он разговаривает, как качок из колледжа, да и выглядит похоже: на голове поношенная бейсболка, в руке банка холодного пива. Несколько лет назад Грег регулярно выступал по кабельному телевидению в передачах о странных происшествиях с животными: аллигаторы, ползающие по канализации, проникающие в трейлерные парки, вот в таком роде. Но как бы весело с ним ни было, я восхищаюсь Грегом-ученым, ведь он привносит в палеонтологию свой подход — экспериментальный, количественный, строго обоснованный сравнением с современными животными.

Грег проводит много времени с инженерами, и однажды они придумали безумную идею: собрать в лаборатории макет тираннозавра и определить силу его укуса. Начали с таза трицератопса со следом укуса глубиной 1,25 см и задали простой вопрос: какая сила нужна, чтобы сделать такую вмятину? Так как нельзя взять настоящего тираннозавра и заставить его укусить настоящего трицератопса, они придумали замену: отлили копию зуба T. rex из сплава бронзы и алюминия, вставили его в гидравлический пресс и воткнули в таз коровы, который по форме и структуре очень похож на кость трицератопса. Они увеличивали давление до тех пор, пока зуб не вошел в кость на нужную глубину, а затем посмотрели, какая сила для этого потребовалось: 13 400 ньютонов (н), или примерно 1,5 тонны-силы (тс).

Это ошеломляющее число — почти столько весит пикап. Для сравнения: коренные зубы людей давят с силой около 80 кгс, а сила укуса африканского льва — около 420 кгс. Единственные современные наземные животные, которые приближаются к тираннозавру, — это аллигаторы, сила укуса которых около 1,3 тс. Тем не менее мы должны помнить, что цифра в 1,5 тс у T. rex подсчитана только для одного зуба — а представьте силу укуса пасти, полной этих кинжалов! И поскольку это сила конкретного укуса, найденного в окаменелостях, вполне вероятно, что это был еще не самый мощный укус. Укус рекса сильнее, чем у любого другого сухопутного животного в истории.

Он легко разгрызал кости и вполне мог прокусить автомобиль.

Череп Tyrannosaurus rex. Предоставлено Ларри Уитмером

Вся эта сила исходила из мышц челюсти; они были тем двигателем, который давал зубам энергию, чтобы разгрызть кость. Но это еще не все. Если мышцы достаточно сильны, чтобы разгрызть кости жертвы, они могли бы сломать кости черепа самого T. rex. Элементарная физика: на каждое действие есть равное и противоположное противодействие. Поэтому тираннозавру мало было иметь мощные зубы и огромные челюстные мышцы — еще нужен был череп, который выдерживал бы гигантскую нагрузку при каждом укусе.

Чтобы понять, как он выдерживал эту нагрузку, нужно вернуться к инженерам и другому палеонтологу, который обратился к сфере суровой науки чисел. Лаборатория Эмили Рейфилд в Бристольском университете в Англии — светлая комната со множеством компьютеров, большими окнами и просторной планировкой, как в офисах Кремниевой долины. Полки заставлены мануалами к разным пакетам программного обеспечения, в поле зрения — ни единой окаменелости. Эмили редко собирает ископаемые; она не из таких палеонтологов. Вместо этого Эмили строит компьютерные модели — скажем, черепа тираннозавра — с использованием метода конечных элементов (МКЭ), чтобы изучить, как череп вел себя с точки зрения механики.

МКЭ разработали инженеры для расчета распределения напряжений и деформаций в цифровой модели конструкций при различных симуляционных нагрузках. Если по-простому, это способ предсказать, что будет с предметом, если к нему приложить силу. Для инженеров очень полезно. Скажем, еще до того, как строители начнут строить мост, инженеры должны быть уверены, что он не рухнет, когда по нему поедут тяжелые автомобили. Для проверки они строят цифровую модель моста и при помощи компьютера имитируют нагрузку автомобилей, чтобы увидеть, как реагирует мост. Легко ли он поглощает вес и силу легковых автомобилей или начинает трещать под давлением? Если мост действительно трескается, компьютер может определить слабые места, а инженеры — пересмотреть чертежи и внести необходимые исправления.