Микрораптор, чья модель представлена в Американском музее естественной истории, принадлежит к числу самых мелких известных динозавров: его масса составляла около фунта, то есть примерно 450 граммов, что сопоставимо с крупным кроликом. Фото: Альваро Кединг/©AMNH
Тираннозавр рекс, апатозавры и прочие гиганты мезозоя прочно заняли в массовом сознании роль живых символов исполинских размеров. Однако не менее любопытна противоположная граница: эволюция так и не создала динозавров, сопоставимых по величине с мышью или воробьём. Почему?
Математические модели раскрывают загадку о динозаврах
Ответ попытались найти специалисты из Американского музея естественной истории и Принстонского университета. В публикации, вышедшей в журнале Эволюция, они представили результаты математического моделирования, призванного проследить, как менялись размеры тела у позвоночных. Энергетические бюджеты и физиология, как показали расчёты, вполне объясняют разброс габаритов среди млекопитающих, птиц и черепах. Но для динозавров эти факторы не работают: даже самые мелкие из них, за исключением птичьей линии, оставались удивительно крупными.
По мнению авторов, нижний предел размеров динозавров устанавливался не столько метаболическими ограничениями, сколько экологической обстановкой. На ниши, пригодные для существ размером с мышь или воробья, активно претендовали ранние млекопитающие, и именно конкуренция с ними, вероятно, отрезала динозаврам путь к миниатюризации.
«Все любят гигантских динозавров, — замечает соавтор исследования Бен Роджерсон, куратор отдела палеобиологии динозавров в музее Маколея. — Но мы задались вопросом о другом конце шкалы. Отсутствие микроскопических динозавров интригует не меньше, чем существование гигантских. Мы уже знали, что динозавры не давали млекопитающим достигать больших размеров вплоть до массового вымирания в конце мелового периода. Наша гипотеза заключается в том, что млекопитающие отвечали им тем же, не позволяя динозаврам мельчать».
Динозавры имели удивительный нижний предел
Контраст между древними ящерами и нынешней фауной разителен. Крупнейшие представители динозавров переваливали за 80 тонн, тогда как минимум для нептичьих видов составлял около 450 граммов — масса взрослого кролика. И это при том, что самая маленькая птица, колибри-пчёлка, весит всего 1,75 грамма, этрусская землеройка — приблизительно 1,8 грамма, а карликовый геккон и вовсе 0,15 грамма. Таким образом, минимальный динозавр оказывается более чем в 200 раз тяжелее самой лёгкой птицы.
Современные экосистемы буквально насыщены крошечными животными. Порядка 75 процентов ныне живущих видов млекопитающих и 90 процентов видов птиц имеют массу меньше, чем самый мелкий из известных нептичьих динозавров.
«Маленькие животные доминируют в современных экосистемах, — говорит ведущий автор работы, научный сотрудник Принстонского университета Лечки. — Чтобы понять, как возникло нынешнее биоразнообразие, нужно разобраться, почему крошечные динозавры не появились или утратили свои позиции».
Конкуренция с млекопитающими как фактор эволюции
Можно ли крошечные окаменелости динозавров просто отсутствовать?
Прежде чем согласиться с экологической гипотезой, необходимо рассмотреть альтернативное объяснение: а вдруг очень маленькие динозавры всё же существовали, но их остатки просто не найдены? Мелкие кости крайне уязвимы для процессов захоронения и минерализации, поэтому вероятность их сохранения в палеонтологической летописи ничтожно мала.
Однако Роджерсон и Лечки считают такой сценарий маловероятным. В местонахождениях, где встречаются кости динозавров, регулярно обнаруживаются остатки существ, которые были куда мельче, — млекопитающих, ящериц, амфибий. Если бы динозавры мышиных габаритов были широко распространены, их ископаемые остатки, по логике исследователей, попадались бы в тех же слоях, что и прочая микрофауна.
Между тем подобных находок нет. Это заставляет предполагать, что сверхмалые динозавры нептичьей линии если и существовали, то были настолько редки, что практически не оставили следов, — либо их не было вовсе.
следователи обратились к математическим моделям, предназначенным для прогнозирования, например, к рассмотрению влияния на размер тела. Модели включают аспекты физиологии животных, связанные с потреблением энергии и воспроизводством.
Основная идея заключается в том, что эволюция должна иметь возможность отдавать предпочтение размерам тела, которые позволяют животным эффективно преобразовывать имеющуюся власть в потомстве.
Когда исследователи применили эту схему к различным группам позвоночных, она успешно восстановила закономерности размеров тела, наблюдаемых у млекопитающих, птиц и черепов. Менее успешны были змеи, ящерицы и крокодилы.
Динозавры оказались еще большей проблемой. Даже когда исследователи проверили широкий спектр возможных условий, модели все равно не могли объяснить, почему большинство динозавров, не применивших к птицам, оказались значительно крупнее, чем ожидалось.
Этот результат предполагает, что размер динозавра контролировался не только физиологией. Экологическое давление, включая конкуренцию, хищничество и доступ к различным экологическим нишам, вероятно, помогло определить, что на самом деле маленькие дети могут стать этими динозаврами.
Как птицы избегали ограничения по размеру динозавров
Полученные данные могут также помочь объяснить главный поворотный момент в эволюции позвоночных: связь птиц.
Птицы произошли от динозавров, но современные птицы могут иметь размеры, гораздо меньшие тех, которые представляют динозаврам из-за особенностей птичьей линии. Вскоре после того, как птицы впервые появились в раннем меловом периоде, размеры их тела стали гораздо более важными, чем у любой другой группы динозавров.
Согласно наблюдениям, физиология сама по себе не может объяснить столь быстрое движение к миниатюрным телам.
Вместо этого они предполагают, что полет с двигателем изменил экологические свойства, доступные ранним пташкам. Как только птицы научились летать, они получили доступ к местам обитания и образу жизни, которые были лишены их наземных родственников-динозавров. Этот переход, возможно, позволит им избежать воздействия экологических сил, которые ранее не ограждали динозавров от воздействия гораздо меньших тел.
«Умение летать, возможно, открыло совершенно новый образ жизни», — сказал он. — сказал Лечки. «Поскольку только птицы вошли в эти новые экологические ниши, они смогли изменить размеры тела, которые были просто невозможны для других динозавров».
Маленькая загадка с указанными последствиями
Дальнейшие исследования могут помочь прояснить экологическое давление, которое благоприятствует одним размерам тела и фактическим изменениям других.
Понимание этих сил может пролить свет на то, почему динозавры смогли превратиться в одних из основных животных, когда-либо населявших планету, но, по-видимому, не смогли занять самые маленькие классы размеров, которые так распространены среди животных сегодня.
"У нас необычная ситуация, когда предки динозавров могут быть крошечными. Живые потомки динозавров — птицы — могут быть крошечными. Но самим динозаврам, казалось, было запрещено быть микроскопическими», — сказал он. — сказал Бенсон. «И мы еще этого не понимаем, но этот вопрос нам следует продолжать изучать, если мы действительно хотим понимать динозавров и их увлекательную биологию».