Д. Рауп, С. Стэнли. «Основы Палеонтологии»

Поднимающая сила×b×sin 45° = Поднимающая сила×b.

Чем меньше угол между силой и рычагом, тем меньше момент.

Рассмотрев устройство такого рычага, мы можем предсказать, что эффективность челюсти позвоночного максимальна, когда мышечная сила действует на челюсть под прямым углом и приложена как можно ближе к переднему концу челюсти. Но такое устройство вносит затруднения: рот будет еле приоткрываться и в лицевой области не окажется места для прикрепления мощных мышц. К тому же при удалении мышц от точки опоры скорость закрывания рта будет уменьшаться.

Фиг. 71. Механические свойства челюсти Triceratops [144]. А — Поперечное сечение челюсти, показывающее стригущие поверхности зубов. Б — Простой рычаг третьего рода с параллельно направленными силами. В. — Простой рычаг третьего рода с непараллельно направленными силами. Г. — Череп, на котором показано расположение главной мышцы-аддуктора. Д. — Нижняя челюсть. Е. — Схема действия сил на нижнюю челюсть

Но есть способ увеличить длину плеча и усилить действие рычага, даже если действие мышцы направлено под острым углом к челюсти: надо поднять точку приложения силы над точкой опоры, удлинив плечо, на которое действует сила. У Triceratops использовался именно этот способ благодаря венечному отростку. На фиг. 71, Е показано, как венечный отросток удлиняет плечо главного аддуктора.

Остром [144] рассчитал для нескольких видов цератопсов, какая доля силы главного аддуктора действует на пищу при разном ее положении на челюсти. Чтобы провести расчет, он просто сравнивал длину плеча мышечной силы с длиной плеча сопротивляющейся пищи при разных положениях (это также длина плеча «равной и противоположно направленной» силы, приложенной к пище). На фиг. 71, Е показано, что главная мышца-аддуктор действует под углом 80° к линии, соединяющей место ее прикрепления с точкой опоры. Поэтому действительным плечом становится b, а доля силы главного аддуктора, действующая на пищу, рассчитывается таким образом:

Сила, приложенная к пище / Сила, развиваемая главным аддуктором = b / а ₁ + а₂

Остром рассчитал, что у большинства видов на пищу у клюва действовало 30%, у передних зубов — 50%, а у задних зубов, очень близко к точке опоры, — 250—300% силы главного аддуктора. Судя по предполагаемым размерам главных мышц, их сила была весьма велика.

Особенности челюсти цератопсов, в частности появление высокого, мощного венечного отростка, способствовали передаче на зубы мощной срезающей силы. Остром считает, что, если цератопсы действительно были вегетарианцами, то они специализировались на поедании жесткой растительной пищи, например пальм и цикадовых, которых было много в конце мелового периода.

Недавние исследования механических особенностей конечностей динозавров [5] показывают, что многие виды динозавров, передвигавшихся на четырех ногах, были совсем не так неуклюжи, как предполагалось ранее. В реконструкциях передние ноги часто помещали в позу ползания, сильно расставляя их в стороны (фиг. 70). Сейчас полагают, что у большинства этих форм, в том числе у Triceratops, передние ноги были расположены ближе к средней линии тела и могли поэтому служить эффективными бегательными конечностями. Возможно, рогатый Triceratops был похож на носорога. Судя по проведенному Остромом анализу его срезающих челюстей, не исключено даже, что Triceratops был хищником!

Парус пеликозавров

Интерпретация функции бывает особенно убедительна, когда она поддерживается теоретическими математическими соображениями (см. принцип подобия, стр. 63). Пример — наиболее широко принятая интерпретация функции спинного «паруса» звероподобных пресмыкающихся пермского рода Dimetrodon. Парус был образован кожей, натянутой на сильно вытянутые остистые отростки позвонков (фиг. 72). Было выдвинуто предположение, что парус служил для регуляции температуры тела.

Фиг. 72. Скелет Dimetrodon [167]. Максимальная длина около 3,5 м

По этой гипотезе, Dimetrodon мог сильно повышать или понижать температуру своего тела, изменяя положение паруса по отношению к направлению ветра или к солнечному свету. Скорость поглощения или потери тепла могла также до какой-то степени регулироваться изнутри, посредством изменения тока крови в парус и из него. Ромер [166] показал, что площадь паруса была непропорционально велика по сравнению с площадью поверхности тела у более крупных видов Dimetrodon. Соотношение можно описать простым уравнением, сходным с уравнением для анизометрического роста (стр. 62):

Площадь паруса = (Площадь поверхности тела)^1,6 (1)

Если парус был терморегулирующим органом, то, исходя из принципа подобия, можно ожидать, что в процессе эволюции увеличение размеров тела должно было сопровождаться увеличением площади паруса пропорционально объему тела (т. е. тому объему, который надо нагревать и охлаждать), так как лишь при этом условии эффективность терморегуляции могла сохраняться на прежнем уровне. Примем, что форма тела не изменялась (хотя это не совсем верно); тогда объем тела должен был возрастать как куб линейных размеров, а площадь поверхности тела — как квадрат линейных размеров. Другими словами, (объем тела)^⅓; должен был оставаться пропорциональным (площади поверхности тела)^½ независимо от размера тела. Если площадь и объем измеряются в одних и тех же единицах, то пропорция превращается в равенство:

Объем тела = (Площадь поверхности тела)^3/2.

Если площадь паруса пропорциональна объему тела, то:

Площадь паруса = (Площадь поверхности тела)^⅔. (2)

Хорошее совпадение между наблюдаемым соотношением [уравнение (1)] и теоретическим расчетом [уравнение (2)] говорит в пользу гипотезы о терморегулирующей функции паруса.

Специальные адаптации у брахиопод

Рудвик [173] провел анализ функций различных структур брахиопод и предложил интерпретацию функции морфологии раковины у двух поразительно сходных мезозойских таксонов, принадлежащих к разным надсемействам (фиг. 73). Необычная деталь строения их раковин — четыре узких выроста по краю раковины. Мантия, секретировавшая раковину, очевидно, при жизни организма выстилала изнутри выросты обеих створок. Рудвик отклонил гипотезы, согласно которым эти выросты служили для повышения прочности раковины или увеличения поверхности мантии, через которую происходил газообмен, поскольку нет явных причин для упрочнения раковины, да и выросты лишь ненамного увеличили бы площадь мантии. Рудвик высказал предположение, что выросты служили для предупреждения об опасности, действуя подобно ряду антенн. Чувствительная мантия, доходившая до кончиков выростов, воспринимала прикосновения, и животное таким образом чувствовало приближение постороннего объекта к открытой мантийной полости. Створки быстро закрывались, избавляя животное от опасности. Предположение Рудвика подтверждается также тем, что длина отростков почти одинакова, они равномерно распределены по краю мантии и очень тонкие (для экономии материала раковины).

Фиг. 73. Конвергентная морфология видов брахиопод [173]. A. T etractinella trigonella (средний триас). Б. Cheircthyrie fleuriausa (верхняя юра). В. Предполагаемые контуры поля чувствительности края мантии. Рисунок показывает, как краевые выросты раковин у обоих видов могли служить «антеннами».

Зрение трилобитов

Кларксон [29] применил необычный подход к функциональной морфологии, изучая зрение силурийских трилобитов подотряда Phacopina, в частности вида Acaste downingiae (Salter) (фиг. 74 и фото XXII). Факопины обладали сложным глазом, состоявшим из многочисленных фасеток, собранных в ряды. Фасетки имели угловатые очертания, что обеспечивало наиболее плотную упаковку (впрочем, между ними существовали узкие промежутки, как видно на фото XXII, Д). При жизни каждая фасетка венчала собой наружный конец цилиндра, передававшего свет к нижележащим светочувствительным клеткам.

Чтобы определить ориентацию осей отдельных фасеток глаза, Кларксон использовал бинокулярный микроскоп с поворотным предметным столиком, на котором был укреплен трилобит.

<<   [1] ... [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] ...  [76]  >>