Как полярные динозавры пережили месяцы вечного холода и тьмы?
Мягким воскресным утром в начале марта я на пляже на юге Австралии в поисках льда — или, по крайней мере, его следов. В Южном полушарии лето, и большинство пляжников, плескающихся во время прилива или выгуливающих собак, носят футболки и шорты. Том Рич, палеонтолог из Музея Виктории в Мельбурне, ведет путь по невысоким желтовато-коричневым скалам, переполняющим береговую линию. Ричу 66 лет, у него короткая серебристая борода, редкие седые волосы и раскосые брови, которые придают его лицу грустный, усталый от жизни вид. Он вырос в Южной Калифорнии и Техасе, но всю свою профессиональную жизнь провел в Австралии. В течение более чем трех десятилетий он получил австралийское гражданство и много говорит на красочном жаргоне страны, но его акцент упорно остается американским. «Похоже, я только что сошел с самолета»,
Эта часть побережья, известная как Flat Rocks, находится недалеко от курортного города Инверлох, примерно в двух часах езды к юго-востоку от Мельбурна через фермы и леса, выжженные более чем десятилетней засухой. Рич останавливается рядом с грудой щебня у подножия утеса. «Вот и все, — говорит он. Частично похороненный отщепами серой породы линкора представляет собой характерное геологическое образование. Языки темно-коричневого осадка опускаются на более светлый слой ниже. Образование называется «криотурбацией» и возникло, когда когда-то замороженная глина погрузилась в нижележащий слой песка во время таяния давным-давно.
Сегодня в этой части Австралии снег и лед встречаются редко. Но данные из Флэт-Рокс и других близлежащих мест подтверждают, что чуть более 100 миллионов лет назад, как выразился Рич, «здесь было чертовски холодно». Хотя примерно треть Австралии сейчас находится в тропиках, тогда континент находился примерно в 2000 милях к югу от своего нынешнего положения, прижимаясь к Антарктиде. Юго-Восточная Австралия, вероятно, имела климат, подобный климату Чикаго, если не Фэрбенкса.
Процветание
Тем более удивительно, что в то время здесь процветали динозавры. Подумайте о «динозаврах», и вы, вероятно, увидите в воображении чудовищ, бредущих по душным болотам или жарким тропическим лесам. Но Рич и другие ученые, работающие в Австралии, на Аляске и даже на вершине горы в Антарктиде, обнаружили останки динозавров, которые процветали в окружающей среде, которая была холодной, по крайней мере, часть года. Полярные динозавры, как их называют, вынуждены были также терпеть длительную темноту — до шести месяцев каждую зиму. «Луна будет больше, чем солнце, и будет трудно зарабатывать на жизнь», — говорит палеонтолог Дэвид Вейшампел из Университета Джона Хопкинса.
Доказательства того, что динозавры выдержали холод — и, возможно, пробирались сквозь снег и скользили по льду, — ставят под сомнение то, что ученые знают о том, как выживали животные. Хотя Рич не был первым, кто обнаружил полярных динозавров, он и несколько других палеонтологов рисуют картину того, как жили эти животные и какова была их среда обитания. Недавние исследования могут также пролить свет на два наиболее спорных вопроса в палеонтологии: были ли динозавры теплокровными? И что их убило?
Каждый год с конца января до начала марта Dinosaur Dreaming — проект полярные динозавры, возглавляемый Ричем, — спускается на берег недалеко от Инверлоха. Звук, который вы слышите, когда поднимаетесь по пляжу к раскопкам, — это звон молотков о долота. Стоя на коленях у валунов с плоской вершиной на пляже, которые служат импровизированными верстаками, около дюжины добровольцев колотят глыбы серого камня. Некоторые из них носят модное заявление этого года — футболку с надписью «Млекопитающие: попкорн мелового периода», на которой изображен двуногий динозавр, сжимающий в одной лапе двух крысоподобных млекопитающих и подбрасывающий другого к его разинутой зубастой пасти.
Находки
Внизу, в «дыре», прорези по колено возле ватерлинии, отмеченной кругом флуоресцентно-розовой строительной сетки, другая группа использует каменную пилу и долота, чтобы выбить блоки размером с буханки хлеба. Эти куски тоже пойдут с молотка.
За складным столом на подветренной стороне скал Лесли Кул разбирает находки, принесенные камнедробителями. Кул начала в качестве волонтера на первых раскопках Ричарда динозавров в 1984 году. Она мало знала о динозаврах, но она научилась быть опытным препаратом — человеком, который выдувает окаменелости из скалы, не превращая их в пыль, — и развила способность к идентификация окаменелостей. Теперь она ведет раскопки. Она может сказать вам, что коричневатый кусок, который, как вы надеялись, был находкой динозавра века, на самом деле является обычным кусочком окаменелого панциря черепахи.
Команда, которой она руководит, включает в себя немногочисленных студентов, профессора литературы на пенсии из Тусона, отдыхающего менеджера от производителя автозапчастей и владельца службы по очистке окружающей среды, который не может перестать петь. Большинство из них возвращаются из года в год. Они говорят, что возвращаются за дух товарищества и возможность сделать открытие. «Это зависимость, от которой нет лекарства», — говорит 68-летняя Николь Эвед, которая работала на раскопках Flat Rocks с самого начала.
Гипсилофодонты
Здесь не подходит стереотипный образ охотника за окаменелостями, растянувшегося в пыли и раскапывающего гигантскую кость динозавра с помощью только метлы-венчика и зубочистки. Окаменелости слишком малы, слишком фрагментарны и слишком разбросаны. За более чем 20 лет раскопок в различных местах на юге Австралии Рич и его команда обнаружили только три сочлененных экземпляра с костями, соединенными, как при жизни.
Кул объясняет, что большинство костей динозавров, которые они находят на Флэт-Рокс, происходят от «гипсиса» (произносится как HIP-see), сокращенно от гипсилофодонтов. Эти маленькие, стремительные едоки растений обычно были ростом с индюков. Их характерные бедренные кости со шпорой, направленной вниз, легко узнать. Но в ходе раскопок этого года были обнаружены и более редкие находки, например, зуб размером с ноготь еще безымянного динозавра-мясоеда. На одном камне обнаружился длинный черный клык, похожий на обсидиановую зубочистку и, возможно, принадлежавший птерозавру, разновидности летающей рептилии. А всего два месяца назад коллега Рича Энтони Мартин из Университета Эмори в Атланте объявил, что узоры в слое грязи на Флэт-Рокс, которому 115 миллионов лет, являются следами динозавров. 14-дюймовый, Трехпалые следы произошли от динозавра-мясоеда, называемого теропод. Судя по размеру и расстоянию между отпечатками, он должен был быть около 12 футов в высоту, что делало его самым крупным хищным динозавром, который, как известно, жил здесь.
Многообещающие окаменелости завернуты в туалетную бумагу и газету для защиты. Вернувшись в музей, подготовители будут удалять каменную оболочку с помощью инструментов, которые варьируются от игл из карбида вольфрама до миниатюрных ручных отбойных молотков, работающих на сжатом воздухе. Даже бесперспективные куски камня будут измельчены до крупинок размером с кубик сахара; Команда проверит биты на наличие челюстей млекопитающих, которые настолько малы, что могут поместиться на почтовой марке.
Перспектива
Перспектива найти кости древних млекопитающих — а не динозавров — привлекла Рича в Австралию. Он никогда не был диноманом, даже в детстве. Однако его воображение привлекли первые млекопитающие, которые сновали вокруг в то же время, что и динозавры. Одна иллюстрация в книге, которую он прочитал в детстве, изображала животных, торжествующе перекусывающих яйцами динозавров. Рич пошел с победителями эволюции и изучал ископаемых ежей для получения докторской степени в Колумбийском университете.
Он прибыл в Австралию в начале 1970-х годов, не имея работы и не собираясь ее искать. Его жена, Патрисия Викерс-Рич, также палеонтолог, приехала в страну, чтобы продолжить свои докторские исследования по ископаемым птицам. Но, листая газету, «чтобы понять, что это за страна», он увидел объявление о необходимости помощи куратору в местном музее. Он устроился на работу и работает там по сей день. Рич и его жена — теперь профессор Университета Монаша в Мельбурне и главный сотрудник по исследованиям динозавров — остались здесь, потому что, по его словам, «страна была широко открыта» для изучения ранней эволюции млекопитающих и птиц.
В 1982 году Рич встретил нескольких музейных добровольцев, которые хотели запачкать руки на раскопках динозавров, но сначала он сопротивлялся их мольбам. Он знал о месте в 180 милях к западу от Флэт-Рокс, которое он назвал Бухтой Динозавров после того, как несколько лет назад обнаружил там несколько неидентифицируемых костных фрагментов. Для раскопок потребовалось бы проложить туннель в скалах — опасное занятие — без каких-либо гарантий найти что-нибудь. Но в 1984 году он наконец сдался, и через несколько недель команда нашла несколько костей динозавра и зуб.
Рич и команда
В течение десяти лет Рич и команда, в основном любители, взрывали, скучали, подбирали и высекали на крутом склоне холма. Они вырыли два туннеля, каждый длиной более 60 футов, и переместили более 600 тонн камня, в основном вручную. Рич говорит, что «вам не придется так много работать в Монтане», которая славится своими залежами динозавров и где тектонические движения, поднявшие Скалистые горы, обнажили скальные слои, содержащие кости. В отличие от этого Рич называет Австралию, где отложения динозавров в основном погребены глубоко, «дрянной страной для окаменелостей динозавров».
По весу добыча из раскопок в Бухте Динозавров, продолжавшейся десять лет, была относительно небольшой, около 100 фунтов окаменелостей, и только следы млекопитающих, которых жаждал Рич, — кость руки и осколок зуба. Но находки дали ключ к разгадке метаболизма полярных динозавров и их стратегии выживания в долгие зимы. Они даже позволили увидеть мозг этих существ. Изучение скелетов сделало Рича одним из мировых экспертов по полярным динозаврам.
Когда появились динозавры, около 220 миллионов лет назад, континенты Земли были объединены в единый суперконтинент, который мы теперь называем Пангеей. Он начал распадаться около 200 миллионов лет назад, а Австралия и Антарктида, которые все еще были соединены вместе, остались около Южного полюса. Когда окаменелые существа, исследованные Ричем, сновали вокруг, около 100 миллионов лет назад южная Австралия находилась у самого дна планеты и только начинала отрываться от Антарктиды. (Текущее положение Австралии отражает то, что она медленно продвигалась на север, «со скоростью роста ваших ногтей», — говорит Рич.)
Полярные динозавры: Ранний меловой период
Во время расцвета животных в раннем меловом периоде на юге Австралии солнце не вставало от полутора до четырех с половиной месяцев в году. На Северном и Южном полюсах мрак длился полгода. Рост растений в этих областях периодически замедлялся или останавливался, потенциально создавая продовольственный кризис для любых динозавров, которые там жили. За более чем 20 лет раскопок Рич и его коллеги нашли останки как минимум 15 видов. Например, гипсовая Leaellynasaura amicagraphica (названная в честь дочери Рича, Лиеллин) высотой по колено однажды уклонялась от хищников в том месте, где сейчас находится Бухта Динозавров. Сын Рича, Тим, получил свое имя от другого обитателя Бухты Динозавров, шестифутового роста Timimus hermani , который, вероятно, выглядел и бегал как страус.
Динозавры процветали и дальше на юг. Антарктида не сильно изменилась за последние 100 миллионов лет, остановившись над Южным полюсом. Сегодня хорошо изолированные животные и жесткие растения могут пережить жестокий холод континента, по крайней мере, недалеко от побережья. Но окаменелые листья и другие остатки растений предполагают, что во времена динозавров в Антарктиде был умеренный климат. Джадд Кейс из Университета Восточного Вашингтона в Чейни говорит, что антарктические динозавры из позднего мелового периода около 70 миллионов лет назад напоминали динозавров, которые жили в других частях мира примерно на 60 миллионов лет назад. Кейс говорит, что это говорит о том, что некоторые виды динозавров жили в Антарктиде еще долгое время после того, как вымерли в других местах.
Уильям Хаммер из колледжа Августана в Рок-Айленде, штат Иллинойс, копает на высоте 13000 футов на склоне горы Киркпатрик, примерно в 400 милях от Южного полюса. Он извлек кости Cryolophosaurus ellioti , мясоеда длиной 22 фута с костлявым гребнем, изгибающимся вверх со лба, как волчок. Он также нашел ископаемые свидетельства прозауропода, предка огромных динозавров, таких как брахиозавр и апатозавр.
Северный склон Аляски
На противоположном конце земного шара, на Северном склоне Аляски, Энтони Фиорилло, палеонтолог из Музея природы и науки в Далласе, эксгумировал кости с кладбищ динозавров вдоль реки Колвилл. Хотя на севере Аляски 70 миллионов лет назад было не так холодно, как сегодня, зимы все равно приносили бы снег и лед. В то время острозубые родственники Tyrannosaurus rex преследовали 35-футового динозавра с утиным клювом Эдмонтозавра . По словам Фиорилло, сюрприз от этих находок заключается в том, что на Аляске обитали те же самые типы динозавров, что и в более жарких местах на юге, таких как Монтана и даже Техас. Пока что он не обнаружил динозавров, которые, судя по всему, жили только в морозных краях.
Когда пришла зима, у динозавров было два выбора — пережить это или попытаться сбежать. Вопрос о том, как полярные динозавры пережили холод, запутался в более широком вопросе о том, были ли древние звери теплокровными (эндотермическими), как современные птицы и млекопитающие, или хладнокровными (эктотермическими), как современные рептилии. В холодной среде эндотермы сохраняют свое тело достаточно теплым, чтобы мышцы могли сгибаться, а нервы срабатывать, выделяя тепло за счет своего метаболизма. Ectotherms, напротив, согревают свое тело, поглощая тепло из окружающей среды — представьте себе ящерицу, греющуюся на скале. «Эндотермия не обязательно лучше», — отмечает Дэвид Фастовски из Университета Род-Айленда. Эндотермы имеют преимущество в выносливости, но эктотермам нужно гораздо меньше еды.
Призовое открытие , сделанное при раскопках в бухте динозавров Рича, предполагает, что Лееллиназаура оставалась активной в течение долгих полярных зим. Череп Leaellynasaura длиной два дюйма цвета молочного шоколада наиболее близок к полному черепу динозавра, который нашла команда. Основание остается частично внедренным в диск из серой породы с многочисленными бороздками, в которых Кул тщательно обнажил окаменелость тонкой иглой. Видно достаточно кости, чтобы Рич смог проанализировать размер глазниц. У Гипсиса обычно были большие глаза, но у Лиеллиназаура они непропорционально велики — возможно, чтобы они могли улавливать больше света во время затяжных мрачных полярных зим. Более того, задняя часть того же черепа отломилась, обнажив слепок мозга, известный как эндокаст. Рич обнаружил, что у динозавра были выпуклые оптические доли, части мозга, обрабатывающие визуальную информацию. Зрительные доли Leaellynasaura больше, чем у гипсиса, который жил в неполярной среде, что позволяет предположить, что у него были дополнительные умственные способности для анализа информации, поступающей из его больших глаз.
Полярные динозавры: Фиорилло и Роланд Ганглофф
Точно так же Фиорилло и Роланд Ганглофф, палеонтолог на пенсии из Университета Аляски, обнаружили, что маленький мясоед Троодон был гораздо более распространен на Северном склоне Аляски, чем на юге. Троодон мог получить преимущество перед другими хищными динозаврами на севере, потому что у него также были большие глаза и здоровенный мозг, что, возможно, было полезно для охоты всю зиму.
Другие динозавры могли мигрировать на юг на зиму (или на север, если они жили в Южном полушарии). Рич говорит, что его динозавры вряд ли стали бы путешественниками. Они были маленькими, и внутреннее море преградило им путь к более теплым краям. Но Эдмонтозавр с Северного склона Аляски — лучший кандидат для сезонной миграции. Взрослые особи были размером со слонов, поэтому они не смогли бы ползать под камнями при понижении температуры. Приблизительные расчеты показывают, что при ходьбе со скоростью около 1 мили в час — «скорость просмотра» для животных такого размера — стада Эдмонтозавров могли бы пройти более 1000 миль к югу за три месяца, говорит палеоботаник Боб Спайсер из Открытого университета в Милтон-Кейнсе, Великобритания. Такая миграция вывела бы их из «зоны тьмы» в районы, где еще могли расти растения.
Со своей стороны, Фиорилло в этом сомневается. Он и Ганглофф утверждают, что юные эдмонтозавры росли слишком медленно, чтобы преодолевать большие расстояния. Они не могли угнаться за стадом, поэтому животные должны были оставаться на месте, независимо от температуры. Подобные колебания могут вызывать головокружение, но именно так наука продвигается вперед, особенно в палеонтологии, где исследователи должны делать выводы на основе небольшого числа часто фрагментарных окаменелостей.
Вымирание
Динозавры прошли впечатляющий бег. Они заселили все континенты, выросли больше, чем любые другие наземные животные, и просуществовали более 150 миллионов лет. А потом они исчезли. Их кончина породила много предположений о ее причине. Сценарии варьируются от болезни или соревнования с млекопитающими до пролета еще не обнаруженного компаньона к солнцу, что-то вроде звезды смерти.
Большинство палеонтологов признали другого внеземного убийцу, астероид шириной более шести миль, который ударил Землю 65 миллионов лет назад. Он выдолбил кратер шириной более 100 миль на полуострове Юкатан в Мексике. Согласно ведущему сценарию, в результате удара в атмосферу было выброшено огромное количество пыли и другого мусора, заблокировав солнечный свет и погрузив Землю во тьму на недели или даже месяцы. Согласно неопровержимым ископаемым и геологическим свидетельствам, в то время, несомненно, произошла глобальная катастрофа. Как пишут Фастовский и Вайсхампель в книге «Эволюция и вымирание динозавров» , «мировые океаны были практически« мертвыми »», поскольку фотосинтез планктона прекратился и морские пищевые сети распутались. Динозавры погибли, а предки современных млекопитающих
Палеонтологи расходятся во мнениях относительно того, что полярные динозавры говорят о сценарии астероид-зимы. Фиорилло говорит, что он скептически относится к этому, потому что «динозавры на Аляске прекрасно себя чувствовали в таких условиях». Он утверждает, что изменения климата, вызванные сдвигами в циркуляции атмосферы и океанов, вероятно, произошли и у динозавров.
Но Рич говорит, что полярные динозавры могут помочь исследователям понять, почему динозавры вымерли после столкновения. Катастрофа должна была быть продолжительной и достаточно серьезной, чтобы погубить приспособленных к темноте и холоду животных. «Вы не можете просто [тьма] в течение месяца выполнять свою работу», — говорит он.
Полярные динозавры: конец мелового периода
Но Фастовский говорит, что полярные динозавры ничего не говорят нам о гибели животных, потому что мы не знаем, были ли эти конкретные виды живыми в конце мелового периода. Ко времени падения астероида австралийские динозавры Рича уже давно вымерли. Он говорит, что были ли живы динозавры на Северном склоне Аляски; исследователи не обнаружили здесь окаменелых слоев с самого конца мелового периода.
Чтобы полярные динозавры предоставили более убедительные доказательства метаболизма и исчезновения динозавров, нам понадобится больше окаменелостей. В этом году Рич начал свои первые раскопки на Северном склоне Аляски. Это дорогостоящая работа, и ему потребовалось 18 лет, чтобы согласовать финансирование, необходимое для перевозки на одномоторном самолете Otter и снегоуборочных машинах своей полевой группы и их оборудования, включая перфораторы, бензопилы, отбойные молотки и взрывчатку.
Рич и его передовая группа подготовили место на реке Колвилл, примерно в 375 милях к северу от Фэрбенкса, в конце марта — начале апреля, когда температура опускается до минус 40 градусов по Фаренгейту. Они наняли шахтера, чтобы он пробил горизонтальную шахту на берегу реки прямо над слоем окаменелостей динозавров. Рич признает, что работа в это время года звучит безумно, но на самом деле легче вырыть туннель, когда земля заморожена.
В августе вся команда из десяти человек вошла в туннель и извлекла окаменелости из пола. Они все еще сортируют кости, но Рич уже обнаружил одну примечательную находку: разновидность пахицефалозавра, динозавра, питающегося растениями, с необычно толстым черепом, который был найден только однажды, также на Аляске. Возможно, это первый известный динозавр, который жил исключительно на Крайнем Севере, еще одно свидетельство того, что древние звери пережили даже самые холодные и мрачные дни.
