Многочастичный анализ и прочность мягких тканей опровергают сверхзвуковой хвост динозавра

Sep 16, 2023

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 19245 (2022) Цитировать эту статью

7368 Доступов

1 Цитаты

527 Альтметрика

Подробности о метриках

Динозавры-зауроподы хорошо известны своими огромными размерами, длинными шеями и хвостами. Среди зауроподов жгутиковые динозавры характеризуются крайним удлинением хвоста, что привело к появлению гипотез относительно функции хвоста, часто сравниваемого с кнутом. Здесь мы анализируем динамику движения 3D-модели хвоста апатозаврина flagellicaudatan с использованием многотельного моделирования и количественно оцениваем способность нести нагрузку связанных мягких тканей. Такая вытянутая и тонкая конструкция позволила бы достичь скорости около 30 м/с или 100 км/ч, что намного меньше скорости звука из-за совокупного эффекта трения мускулатуры и сочленений, а также аэродинамическое сопротивление. Материальные свойства кожи, сухожилий и связок также подтверждают такие доказательства, доказывая, что при жизни хвост не выдержал бы напряжений, возникающих при движении со скоростью звука, независимо от предполагаемого «поппера», гипотетической мягкой ткани. структура, аналогичная конечной части кнута, способная превосходить скорость звука.

Чрезвычайно удлиненные хвосты диплодоцидных жгутикоидных зауроподов, таких как бронтозавр, всегда интриговали как исследователей, так и энтузиастов1,2. Хотя полного хвоста диплодоцидов до сих пор обнаружено не было, общую морфологию и приблизительное количество элементов можно почерпнуть из перекрывающихся частичных находок. Они показывают, что хвост диплодоцида состоял примерно из 80 хвостовых позвонков, общий размер и морфологическая сложность которых постепенно уменьшались по направлению к заднему кончику3. Примерно 10 крупных и сложных элементов образуют основу, за ними следуют около 40 промежуточных элементов и, наконец, 30 постепенно уменьшающихся стержнеобразных позвонков. Эта своеобразная морфология вдохновила множество гипотез, объясняющих функцию хвоста. К ним относятся (i) действие в качестве «третьей ноги» во время стояния на двух ногах4, интерпретация, которая оказалась сомнительной, учитывая анатомию хвостовых позвонков5; (ii) действует как противовес длинной шее6; (iii) обеспечение точек прикрепления длинной хвостобедренной мышцы7; (iv) в качестве защитного оружия; (v) как шумообразующее сооружение8; и (vi) как тактильное устройство для пространственного осознания9.

В отличие от большинства других зауроподов, диплодоциды обладали задними хвостовыми позвонками, которые были удлиненными и палочковидными, не имели нервной дуги и имели двояковыпуклые суставные поверхности, что обеспечивало большую межэлементную подвижность2,8,10. С момента первых находок концевых хвостовых позвонков диплодоцидных хвостов исследователи предположили возможное использование дистального хвоста в качестве защитного оружия2,8,11,12. Эта историческая гипотеза подтверждается морфологическим сходством анатомического строения хвоста и кнута с толстой проксимальной частью и узкой и легкой концевой частью — хлыстовой травмой8. Эта защитная функциональная гипотеза была проверена с помощью компьютерного моделирования8,13, одно из которых привело к дополнительной гипотезе о том, что хвост также приспособлен к созданию шума8.

В первом компьютерном моделировании движения хвоста зауроподов использовался хвост апатозавра, смоделированный из 82 сегментов13, каждый из которых соответствует позвонку. В этом исследовании были заданы начальные условия свернутого хвоста, имитирующие его разворачивание; и во время моделирования кончик хвоста не мог достичь сверхзвуковой скорости. В последующей работе, основанной на другом подходе к моделированию, Мирволд и Карри аппроксимировали морфологию хвоста 14 сегментами, каждый из которых представляет группы из 5–8 позвонков, и добавили гипотетический «поппер» на конце хвоста — предполагаемую структуру мягких тканей, которая могла бы сделать хвост на 1 м длиннее. Во время моделирования, применяя движение к первому сегменту у основания хвоста, кончик хвоста и, в частности, поппер, преодолели скорость звука, достигнув примерно 560 м/с в обычном воздухе.