Знание-сила, 2004 № 08 (926)

Почти все о динозаврах

Почему динозавры были такими большими?

Почему слон — самое большое сухопутное существо?

Чем определяются размеры, которых достигают самые большие животные?

Этим, на первый взгляд "детским", вопросам посвящена недавняя серьезная научная работа группы биологов под руководством Дж. Барнесса, опубликованная в американском журнале "Доклады Национальной академии наук". Барнесе, Даймонд и Фланнери собрали огромный эмпирический материал, анализ которого позволил им показать, что условием существования очень больших животных является наличие больших массивов суши (континентов), а среди больших животных самыми большими являются травоядные. Среди травоядных же самыми большими должны быть холоднокровные. (Последнее утверждение может показаться противоречащим случаю слона, но подождем с недоумениями.) Барнесе и его коллеги проанализировали данные о самых больших позвоночных животных, травоядных и хищниках, по 30 континентам и крупным островам земного шара, начиная с ныне существующих и до тех, которые вымерли в течение последних 65 тысяч лет. Этот анализ привел к следующим результатам. Все травоядные (как теплокровные, так и холоднокровные) всегда больше, чем плотоядные, — как сегодня, так и в недавнем прошлом. И самые большие холоднокровные животные, как правило, больше самых больших плотоядных.

Чем это объясняется? Начнем с первого факта. Хищник потребляет более богатую энергией пищу. В этом плане он "выше" по эволюционной лестнице. Но на каждом ограниченном участке площади общее количество доступной потреблению энергии ограничено, и, как показывают давно накопленные экологией данные, с каждым шагом по эволюционной лестнице количество ее уменьшается почти на 90 процентов. Поэтому самый крупный хищник неизбежно должен быть на порядок меньше самого крупного травоядного животного. Слон больше льва.

Уже эти соображения показывают, что размеры животных определяются площадью суши, на которой они живут. Эта же площадь ограничивает численность животных каждого вида. Барнесе и его коллеги подтвердили правильность ранее сформулированного в экологии закона, по которому максимальный размер каждой данной группы позвоночных животных, живущей на данном участке суши (континенте или острове), пропорционален площади этого участка А в степени X, и рассчитали, что X в этой формуле равен примерно 0,5, а коэффициент пропорциональности различен для теплокровных травоядных и хищников, а также для холоднокровных травоядных и хищников.

Итак, размеры суши ограничивают численность животных данного вида. Этот факт можно назвать "экологической емкостью" данной площади. Существование такой предельной емкости вызвано тем, что каждое живое существо требует некой минимальной площади для питания и размножения. Большой организм требует большей площади. Из этих соображений в экологии был выведен еще один закон, согласно которому минимальная площадь необходимого данному животному участка суши (Н) пропорциональна размерам этого животного (М) в степени Z. Два этих экологических закона связаны через одну и ту же величину М (размеры тела), что позволяет вычислить, что X обратно пропорционально Z. Если X равно 0,5, то Z должно составлять примерно 2. Иными словами, животное вдвое больших размеров нуждается для пропитания и размножения во вчетверо большей площади. Но это как раз и означает, что самые большие по размерам животные нуждаются в самых больших доступных площадях.

Вот почему слоны являются прирожденными обитателями материков, а не островов.

Весь тот огромный эмпирический материал, который собрали Барнесе и его коллеги, подтвердил справедливость обоих этих законов. И тогда авторы поставили вопрос: можно ли перенести эти законы также на динозавров? В отношении динозавров давно существует спор — были они теплокровными или холоднокровными. Если предположить, что динозавры тоже были теплокровными, то возникает противоречие. Как показали Барнесе и его коллеги, данные о самых крупных динозаврах согласуются с общим соотношением: травоядные больше плотоядных, но не согласуются с законом: "Размер тела пропорционален размерам материка проживания, возведенным в степень 0,5". Самые крупные (из найденных) динозавры жили 100 миллионов лет назад в Южной Америке. Самый большой из них, травоядный Аргентинозавр, весил 73 тонны. Самый большой из плотоядных южноамериканских динозавров,

Гигантозавр, весил 9 тонн, то есть, действительно, на порядок меньше своего травоядного собрата. Но обе эти цифры на два порядка выше того, что должно получиться для теплокровных животных согласно формуле первого экологического закона (М пропорционально А в степени 0,5), если подставить в нее площадь южноамериканского материка и коэффициенты пропорциональности, характерные для теплокровных травоядных и хищников.

Остается заключить, что динозавры были холоднокровными. Это сразу улучшает согласие с экологическими законами, но все еще оставляет разницу в целый порядок. Теперь можно уже сказать, что самые большие динозавры были самыми большими животными за Земле, потому что были холоднокровными, но остается вопрос: почему они были ТАКИМИ чудовищно большими, если экологические законы предписывают им быть на порядок меньше?

Может быть, размеры материков были тогда больше, чем сейчас? Действительно, как говорят данные палеогеологии, перед тем как образовались нынешние материки, почти вся земная суша была собрана в единый сверхконтинент, который наука именует Пангеей. Огромные размеры этой суши могли бы объяснить огромные размеры динозавров, когда бы не тот прозаический факт, что Пангея раскололась на отдельные континенты (в том числе и южноамериканский) целых 180 миллионов лет назад, а самые большие динозавры, как уже сказано, появились на Земле лишь 100 миллионов лет назад, то есть когда Пангея уже не существовала.

Таким образом, количественные экологические законы не могут до конца объяснить "слишком большие" даже для вымерших холоднокровных животных размеры динозавров, и поэтому Барнесе, Даймонд и Фланнери выдвинули несколько дополнительных качественных соображений. Опираясь на данные палеоклиматологии, они указали, что во времена расцвета динозавров (так называемый меловой период, со 144 до 65 миллионов лет назад) содержание углекислого газа в земной атмосфере было в десять раз выше нынешнего, климат был жаркий и влажный, растительность пышнее и богаче энергией, и основная часть земной суши напоминала нынешние тропические и субтропические регионы.

Это означало, что доступная динозаврам "жизненная площадь" была больше, а ее "экологическая емкость" — еще больше по причине более богатой растительности. Возможно, все эти факторы и позволили динозаврам достичь таких больших размеров, говорят Барнесе и его коллеги.

Но даже в этом случае, заключают авторы, динозавры по-прежнему остаются биологической загадкой. По многим своим особенностям они походили на теплокровных. Их телосложение показывает, что они были более активно движущимися животными, чем нынешние холоднокровные. Судя по некоторым данным, они проявляли родительскую заботу о своих детенышах и имели довольно сложные "брачные ритуалы", подобно нынешним млекопитающим. И в то же время они заполняли сушу в соответствии с экологическим законом для холоднокровных. Возможная разгадка этих противоречий, по мнению авторов, состоит в том, что в случае динозавров и современных млекопитающих мы имеем дело с двумя совершенно различными ветвями эволюции, соответствовавшими разным условиям на планете и разным законам взаимодействия этих животных со своим экологическим окружением. В таком случае изучение динозавров поможет науке глубже понять сложные механизмы эволюции.

Гибель динозавров не дает покоя некоторым ученым умам. И вот, размышляя среди ночи, они приходят к удивительным и странным выводам, которые потом не дают спать их коллегам.

Именно так произошло с британским геологом Адрианом Джонсом из Лондонского университета. Ему пришло в голову, что Земля напоминает надутый резиновый шарик, а падающий на нее метеорит или астероид может сыграть роль иголки, способной этот шарик проколоть.

При чем здесь динозавры? Сейчас увидите.

Скалы глубоко под поверхностью Земли, на глубине в десятки километров, раскалены до 2000 градусов. Они, однако, не плавятся. Их плавлению мешает вес лежащих выше слоев, создающий высокое давление. Но что если снять это давление? Если что-нибудь сорвет и сбросит вышележащие слои Земли, то нижележащие скалы немедленно превратятся в раскаленную лаву и выплеснутся наружу в виде сотен и тысяч вулканических извержений, способных растянуться на тысячи лет. Такой могучий перманентный вулканизм неизбежно насытит воздух горячей пылью и углекислым газом и истребит все или почти все живое. И уж во всяком случае — всех крупных животных, вроде динозавров, которые за миллионы лет владычества над Земле в высшей степени тонко настроились на существование в стабильной экологической среде.

Что же может сорвать такое количество слоев земной почвы, чтобы разом высвободить гигантскую энергию, запасенную в нижележащих скалах? Метеориты, вестимо. Астероиды. Те самые, которые уничтожили динозавров, как впервые предположил нобелевский лауреат Луис Альварец. Альварец и его последователи нашли ряд убедительных доказательств виновности метеорита, начиная со слоя повышенной концентрации иридия на всем земном шаре (как раз в слоях, отвечающих времени гибели динозавров) и до углеродных шариков-"баккиболлов", наполненных межпланетными газами (и в массовом количестве рассеянных в тех же слоях). Только Альварец и его последователи считали, что метеорит был один, упал он в районе нынешнего Мексиканского залива и вызвал такие сейсмические и атмосферные последствия, пережить которые даже динозаврам оказалось не под силу. А Джонс и его сторонники, канадец Аббот и американка Исли, утверждают, что метеорит был не один, их было множество, и более того — таких метеоритных бомбардировок Земля переживала за время своей истории несколько, девять-десять, и все они совпадают по времени с периодами мощной и длительной вулканической деятельности (вызванной вышеописанным действием этих метеоритов). Кроме "динозавровых метеоритов" (65 миллионов лет назад), время падения которых, по расчетам авторов, совпадает с периодом образования гигантских полей вулканической лавы на Девонском плоскогорье в Индии, Джонс, Аббот и Исли указывают на такие же поля в Западной Сибири, образовавшиеся, по геологическим оценкам, около 250 миллионов лет назад и совпавшие по времени с переходом от пермского к триассовому геологическому периоду и с произошедшей тогда же так называемой пермско-триассовой биологической катастрофой, в ходе которой погибло до 80 процентов всех живших тогда морских организмов.

Однако многие специалисты тут же поспешили заявить, что эта гипотеза представляется им неубедительной. Расчеты весьма приблизительны, говорит, например, американский профессор-планетолог Мелош, а совпадение времен вулканизма и биокатастроф имеет точность не больше нескольких десятков миллионов лет. И вообще, если метеорит углубится в земные скалы, он туг же рикошетирует, а Земля всего лишь встряхнется, никакого расплавления скал на глубине не произойдет. На это Адриан Джонс возражает, напоминая об Исландии, где таяние ледников снизило наружное давление настолько, что подземные вулканы и гейзеры действуют там до сих пор. Все эти споры так возбудили профессора-физика Мюллера из Калифорнийского университета, что он решился предложить еще одну "фантастическую", как он сказал, теорию возбуждения вулканизма ударом метеорита. В этой теории главным виновником является металлическое ядро Земли. По мере того как железо в нем уплотняется, более легкие кремний и сера всплывают в жидкую внешнюю часть ядра, где температуры ниже на добрую тысячу градусов, и образуют там гигантские "снежинки". Удар метеорита приводит к быстрому ехлопыванию ("коллапсу") этих снежинок, и тогда кора Земли оказывается напрямую подставленной воздействию раскаленного внутреннего ядра. Под этим воздействием потоки магмы начинают подниматься сквозь кору и вырываются на поверхность, образуя лавовые поля. Разумеется, гипотеза профессора Мюллера только добавила масла в разгоревшиеся дебаты ученых мужей.

Но динозавры могут спать спокойно. Им уже все равно, от чего они погибли.

Александр Волков