Одними из самых интересных и необычных рептилий всех времен являются водные плезиозавры мезозоя, группа, известная своими крыловидными ластами, а также своими замечательными, зачастую удлиненными шеями. Плавание при помощи ласт или плавников само по себе не особенно примечательно: среди современных животных есть тюлени, морские львы, котики, черепахи, пингвины и разнообразные рыбы, которые используют плавники как аналог вёсел. Но что делает плезиозавров замечательными, так это то, что у них было две пары таких ласт. Хотя иногда высказывалось предположение, что пары передних и задних конечностей выполняли разные функции, очень похожая форма обеих пар конечностей указывает на то, что они двигались одинаково.
То, что именно делали плезиозавры, давно интересовало исследователей, и ряд исследований, в которых использовались различные методы и предлагались разные модели, были посвящены их передвижению. Сегодня общепризнано, что плезиозавры использовали форму подводного полета, их основные движения конечностей были дорсо-вентральными, их самым сильным движением был взмах вниз, а их передвижение в основном основывалось на подъеме тела.
Но двигались ли обе пары плавников вверх и вниз синхронно или каким-либо образом чередовались, остается неизвестным, и действительно, мы могли бы никогда этого не узнать из-за отсутствия живых плезиозавров. Однако мы можем решить, что кажется наиболее разумным, когда речь идет как об энергетической эффективности, так и о создании тяги. Проблема заключается в том, что, даже если мы действительно определим то, что кажется "оптимальным", животные могли использовать разные техники плавания или какую-то комбинацию техник, в зависимости от того, какой тип передвижения они использовали.
Команда инженеров и палеонтологов, базирующаяся в основном в Университете Саутгемптона и Университете Бристоля, Великобритания, и возглавляемая новоиспеченным доктором философии из Саутгемптона Люком Маскаттом, использовала данные, основанные на окаменелостях, для изучения характеристик плавников плезиозавра, приводимых в движение роботизированной установкой. Это исследование имеет долгую историю, идея изучения водных вихрей и их влияния на результаты плавания была вдохновлена в 1990-х годах работой эксперта по полетам Джереми Рейнера из Бристольского университета. Главная новизна этого нового исследования заключается в том, что оно включало изучение времени движения ласта и его влияния на вихревое взаимодействие и, в конечном счете, на тягу и эффективность. Результаты довольно точные.
Что говорят окаменелости? Учёные проводили исследования по нескольким различным направлениям. Они рассмотрели окаменелости сочлененных плезиозавров, чтобы оценить, какой диапазон движений мог быть возможен в суставах конечностей, и использовали данные, полученные благодаря исследованию исключительно хорошо сохранившегося – и пока еще неописанного – Коллардского плезиозавра из нижнего лиаса (ранняя юр) Сомерсета на юге Англии, которые включают хорошие данные об общей форме конечностей, чтобы построить реалистичные, точно масштабированные плавники плезиозавра. Выбор Коллардского плезиозавра важен, потому что этот образец почти полон, полностью сочленен и (в отличие от многих других образцов) не подвергался доработке или подделке.
Изучение хрящей показало, что передние конечности проанализированных таксонов могли быть подняты далеко назад, но иногда (хотя и не всегда) это было неприменимо для задних: муренозавр (Muraenosaurus leedsii Seeley, 1874) был исключением из этого правила, его задние плавники были способны подниматься выше горизонтали (Muscutt et al. 2017, дополнительная информация). Что касается формы мягких тканей плавников плезиозавра, сравнение с конечностями сохранившихся аналогов позволило определить размер как переднего, так и заднего краев.
Как только были созданы реалистичные копии ласт, они были подключены к установке, испытуемой в резервуаре с водой, и работали при различных наклонах, скоростях и временных установках. Для визуализации завихрей использовались красители. Они сбрасывались с крыла как в верхней, так и в нижней части взмаха, при этом сброшенные завихрения удаляются и направляются вниз по течению в так называемых ‘вихревых улицах’. Иногда упоминалась идея о том, что хлопающий задний ласт может нарушить завихрения, создаваемые передним ластом, и, таким образом, снизить производительность, но как насчет идеи о том, что ласты могут работать так, чтобы движение заднего ласта было рассчитано с учётом избегания взаимодействия с завихрениями переднего ласта? А как насчет еще более аккуратной идеи о том, что завихрения заднего хода могут сочетаться с завихрениями переднего хода, в результате чего происходит так называемое увеличение производительности?
Протестировав различные конфигурации, учёные обнаружили, что плезиозавры потенциально могли изменять свою тягу и эффективность всевозможными способами, в зависимости от того, как взаимодействовали их пары плавников и, следовательно, их завихрения. Если движение конечностей рассчитано так, что движение задних ласт переплетается между завихрениями, создаваемыми передними ластами, то поток воды, создаваемый обеими парами конечностей, сливается, что приводит к увеличению тяги на 60% и повышению эффективности на 40%. Если движение конечностей рассчитано так, что задний ласт перехватывает завихрения переднего ласта, тяга и эффективность снижаются. Это может означать, что плезиозавры избегали таких взаимодействий или что они намеренно использовали их для снижения скорости.
Как всегда в подобных исследованиях, остаются вопросы. Плезиозавры в целом различаются по форме конечностей: не все они одинаковы ни в пропорциях их конечностей, ни в форме дистальных кончиков, ни в ширине конечностей или других составляющих, таких как соотношение сторон. Кажется разумным предположить, что описанные здесь закономерности применимы ко всей группе, но мы могли бы рассмотреть идею о том, что функция и производительность ласт были такими же переменными в этой долгоживущей группе, как, скажем, в крыльях птиц или летучих мышей: все виды поведения могли быть возможны, некоторые из них слегка различались. другие и другие радикально отличаются друг от друга.
В настоящее время Люк работает над дальнейшими экспериментами, чтобы выяснить, могли ли все плезиозавры извлечь выгоду из эффекта увеличения производительности.
Источники
См. Также
#палеонтология #исследования #научпоп #исследования #открытие #плезиозавр #животные #биомеханика