Одна из загадок динозавров — это их размер. Некоторые виды динозавров, известные под общим названием «зауроподы», были самыми крупными существами из всех, когда-либо населявших нашу планету. Их масса достигала 50 и даже 80 тонн, что в десять раз больше, чем у самых крупных млекопитающих и других динозавров. Питались зауроподы исключительно растениями и при этом царили на Земле 100 миллионов лет — намного дольше, чем любой другой отряд травоядных.
Каким образом эти животные длиной до 40 метров и до 17 метров ростом умудрились обрести столь гигантские размеры, особенно если учесть, что все остальные виды вырастали максимум до одной десятой от этих величин? И главное, как современным ученым ответить на этот вопрос, если все, чем они располагают, — кучка костей или в лучшем случае целый скелет зауропода?
Недавно двое ученых из Германии и Швейцарии представили вниманию научного сообщества цепочку умозаключений, начинающуюся с нескольких фактов о пищевых привычках зауроподов и заканчивающуюся убедительным объяснением динозавровых габаритов.
Исходной точкой послужило следующее: изучив диету зауроподов и проанализировав строение их головы и шеи, ученые заключили, что эти динозавры не пережевывали пищу и не перемалывали ее в так называемой желудочной мельнице, используемой потомками динозавров — птицами: проглоченная птицами пища измельчается при помощи камешков, заменяющих собой жернова. Но ведь огромное количество растительной пищи, необходимое для снабжения динозавра достаточным количеством энергии, требовало длительного переваривания, вот тут-то и срабатывали размеры: ведь чем больше тело, тем больше и кишечник.
Поскольку динозавры не пережевывали пищу, им не нужна была крупная голова — надобности в огромных челюстях и мощных челюстных мышцах просто не возникало. У животных с крупной и тяжелой головой не могло быть длинной и тонкой шеи, но перед мелкоголовыми зауроподами такой проблемы не стояло. Чрезвычайно длинная шея позволяла им доставать пищу с большой высоты, куда не добирались другие животные.
Еще одна подсказка относительно того, как зауроподы управлялись с такими огромными телами, была получена благодаря ряду открытий в области дыхательной системы динозавров. В отличие от животных, у которых вдыхаемый и выдыхаемый воздух содержится в специальных емкостях — легких, — дыхательная система динозавров была устроена иначе и походила на птичью. Это называется «проточная дыхательная система»: она позволяет кислороду, вдыхаемому с воздухом, входить в контакт с различными частями тела и поступать в кровь в разных местах, в том числе и в длинной шее. Более того, воздух мог использоваться сразу по поступлении его в организм, еще до того, как он пройдет весь путь по шее и достигнет легких. Многие кости, включая позвонки размером в полтора метра, при дыхании наполнялись воздухом, соответственно существо с таким типом дыхания неизбежно весило меньше, чем весило бы существо аналогичных габаритов, но дышащее как млекопитающие.
Опираясь на эти факты, можно сделать еще несколько выводов о жизни и повадках зауроподов. Чтобы получить преимущество при размножении, динозаврам нужно было достичь репродуктивного возраста как можно быстрее, а это означает, что примерно за двадцать лет они из десятикилограммовых детенышей превращались в стотонных гигантов, а размеры их при этом увеличивались пятидесятикратно. Однако у остальных существ, растущих столь быстро, обычно велика и скорость обмена веществ — скорость переработки пищи в мышечную и другие ткани. Если бы у взрослых зауроподов был ускоренный обмен веществ, им ежедневно требовалось бы фантастическое количество пищи, а тело, скорее всего, перегревалось бы. Однако этого не происходило, так что, судя по всему, скорость обмена веществ у динозавров была переменной: достигая своего пика во время роста, впоследствии, по достижении динозавром окончательных размеров, она замедлялась.
Последний недостающий элемент головоломки был найден с обнаружением яиц динозавров: такой способ выведения потомства — весьма необычная форма воспроизводства для огромных травоядных. Все самые крупные млекопитающие — живородящие, они вынашивают единственного детеныша в матке до самого его рождения. Это увеличивает вероятность их вымирания в случае резкого падения численности популяции, ведь для восстановления популяции потребовалось бы слишком много времени. Откладывая яйца, зауроподы могли произвести на свет одновременно целый выводок маленьких динозавриков, так что их шансы на вымирание были значительно ниже, чем у других крупных животных.
Пытаясь объяснить, почему динозавры все-таки вымерли, ученые зачастую ищут какие-то внешние факторы. Метеориты, извержения вулканов, изменения размеров суши, колебания температуры воздуха или содержания углекислого газа в атмосфере — все это называют среди возможных причин. Но вообще-то, учитывая количество всех этих опасностей, можно сказать, что динозавры сопротивлялись вымиранию, и еще как сопротивлялись. Вместо вопроса: «Почему динозавры вымерли?» — многие ученые задаются теперь вопросом: «Как им удалось продержаться так долго?» Возможно, ответ должен начинаться все с той же логической посылки: они не пережевывали пищу.
Карликовая белозубка, которая весит всего около двух граммов, — наверное, самое легкое млекопитающее, какое только могло появиться на Земле. Четырехтонный слон тяжелее белозубки в два миллиона раз, а голубой кит в двадцать пять раз тяжелее слона.
Изучая разные виды млекопитающих, ученые иногда проводят сравнительный анализ и экстраполируют результаты опытов, проведенных с одним видом, на другие виды, которые крупнее или мельче исходного. В 1962 году одна такая попытка применить результаты, полученные у кошек и людей, к слонам окончилась полным провалом: при сравнении мелких животных с более крупными не только размер имеет значение.
Индийский слон по кличке Туско содержался в зоопарке города Оклахомы. Два местных психиатра заинтересовались феноменом из области слоновьего поведения, получившим название «муст». На период, длящийся от нескольких дней до нескольких недель, слон-самец впадает в неистовство, становясь настолько агрессивным, что приближаться к нему для человека смертельно опасно. Муст сопровождается (а возможно, и вызван) выделениями желез, расположенных в голове слона, которые распухают и давят на глаза, причиняя животному нестерпимую боль. Говорят, что эти выделения «невероятно мерзопакостны» на вкус, но это скорее из области слухов, вряд ли кто-то решился бы попробовать такое.
Никто до конца не разобрался в этом феномене и по сей день, но в 1962 году оклахомские ученые вдруг решили, что им удастся разгадать природу явления при помощи ЛСД, модного тогда психоактивного вещества. Они надеялись, что это вещество приведет к выделению из височных желез слона той самой «мерзопакости», и таким образом можно будет подтвердить сходство муста и психического расстройства, вызываемого ЛСД.
Проблема заключалась в том, что ученые, видимо, обладали довольно шаткими познаниями в области биологии, и, хотя один из соавторов доклада, в котором излагались итоги исследования, вроде как работал в зоопарке, он, кажется, пропустил столь важный этап, как определение дозы ЛСД, которую следовало дать слону.
Если ввести некую субстанцию путем инъекции в кровь животного или человека, то чем больше в теле крови, тем меньше получится концентрация вещества в крови. Так, если для кошки массой 2,6 кг допустима доза в 0,1 миллиграмма, то, определив, во сколько раз слон крупнее кошки, ученые подсчитали, что для слона будет безопасной доза около 300 миллиграммов, что в 3000 раз превышает безопасную дозу для кошки.
Результат оказался катастрофическим. Туско начал трубить и метаться по вольеру, потом закачался, упал и через пять минут умер.
Что же пошло не так? А то, что ученые пренебрегли другими важными факторами, без которых невозможно понять, как тело млекопитающих взаимодействует с наркотическими веществами. У разных животных различные скорости обмена веществ, в состоянии покоя они расходуют разное количество энергии. Чем выше скорость обмена веществ, тем быстрее распадаются в организме химические вещества. Кроме того, размеры мозга относительно всего тела у разных животных существенно различаются. Так что, вводя препарат, воздействующий на мозг, нужно обращать внимание и на это соотношение. На деле же, тщательно рассмотрев, как различные организмы перерабатывают введенные в кровь химические вещества, и изучив эффект, производимый веществом на других животных, можно найти как минимум пять различных способов расчета безопасной для слона дозы ЛСД. Разброс вариантов будет огромен: это и 0,4 миллиграмма (всего в четыре раза больше, чем давали коту), и 3 миллиграмма, и 8, и 80, и самая большая и фатальная доза — 297 миллиграммов.