Физики смоделировали оптимальное движение плезиозавров
Исследование опубликовано в Proceedings of the Royal Society B.
В отличие от плезиозавров, современные морские животные с двумя парами ластообразных конечностей (черепахи и тюлени) во время плавания используют передние ласты в основном для толчка, а задние — для маневрирования. Поэтому со временем морфология передних и задних ласт у них стала различаться. В то же время у плезиозавров на протяжении десятков миллионов лет сохранялись практически одинаковые размеры и форма конечностей. Соответственно, у палеонтологов неоднократно возникал вопрос, как передвигались эти ящеры. Ранее исследователи предлагали разные гипотезы: что рептилии двигали ластами, как крыльями, так что получался «подводный полет»; что они комбинировали «полетные» движения и греблю. Но до сих пор ученые не проверяли эти гипотезы количественно, с помощью физических экспериментов. Также было непонятно, как плезиозавры использовали обе пары ласт: одновременно, по очереди, под углом друг другу или не двигали одной парой вообще. Авторы нового исследования решили прояснить этот вопрос, сконструировав работающий «макет» плезиозавра
Для этого исследователи изучили морфологию конечностей у хорошо сохранившегося скелета Muraenosaurus leedsii. Эти рептилии из отряда плезиозавров обитали 164-160 миллионов лет назад в мелководном море на территории современных Великобритании и Франции. Как и у других плезиозавров, у M. Leedsii были длинная шея и хвост, их длина была около 5-6 метров. Ученые напечатали полые передние и задние конечности на 3D-принтере, и залили в них красители разного цвета, чтобы следить за движением потоков воды во время работы ласт. Затем исследователи прикрепили ласты к пластмассовой тумбе, имитирующей туловище рептилии и поместили конструкцию в аквариум. Ласты можно было поворачивать под разными углами, в том числе друг к другу, и поднимать на разную высоту. Затем исследователи начали менять положение ласт так, чтобы выявить оптимальную эффективность движения.
Визуализация движения конечностей. Вода движется справа налево. а) высокая эффективность движения. Задние конечности движутся между «вихрями», которые создают передние; b) низкая эффективность движения. Задние конечности во время движения «перехватывают» завихрения, создаваемые передними ластами. Это мешает образованию «вихрей» задними конечностями и снижает скорость движения. Luke E. Muscutt et al. / Proceedings of the Royal Society B
Оказалось, что оптимальные параметры достигаются при движении обоих пар ласт. При взмахе передние конечности образовывали водные вихри, уходившие вниз. Максимальная эффективность движения достигалась тогда, когда задние ласты совершали взмах между двумя такими вихрями. Разность фаз между ластами была 270 градусов. Когда конечности работали согласованно, сила толчка увеличивалась на 60 процентов, а эффективность движения на 40 процентов по сравнению с тестами в которых ласты двигались по отдельности. Ученые замечают, что так как у разных видов плезиозавров расстояние между ластами было разным (ящеры могли достигать 20 метров в длину), оптимальное взаимное расположение конечностей в динамике тоже могло отличаться от протестированной модели.