Аммониты были головоногими моллюсками, которые доминировали в морях палеозойской и мезозойской эр, порой достигая внушительных размеров. Чтобы понять, как плавали эти животные с разнообразными спиральными раковинами, ученые создали подводных роботов-аммонитов и оценили их гидродинамические свойства.
Палеонтологам не всегда просто понять, как выглядело, питалось или передвигалось то или иное древнее существо, ведь все, чем они располагают, — ограниченный набор окаменелостей. Поэтому образ жизни вымерших животных порой приходится сильно пересматривать и уточнять.
Иногда с этой целью применяют реконструкции — модели, воспроизводящие морфологию древних организмов, например роботов. Именно такой подход избрали авторы новой публикации в журнале Scientific Reports, которые использовали 3D-печать для создания плавучих роботов, имитирующих и форму раковины аммонитов, и их манеру плавать.
Внутри каждого есть небольшой электродвигатель, создающий реактивную тягу, благодаря которому такой робот способен к самостоятельному передвижению. С помощью этих бионических (то есть имитирующих живое) устройств исследователи смогли выявить связь между движением животных и устройством их раковины.
В общей сложности известно свыше 10 тысяч видов аммонитов: они господствовали в морях сотни миллионов лет, на протяжении палеозоя и всего мезозоя, однако полностью исчезли вскоре после вымирания динозавров. Аммониты названы так в честь древнеегипетского бога воздуха Амона, которого часто изображали с бараньим рогами — именно их напоминают многие древние раковины. Они могли иметь различную форму и даже быть асимметричными, но, как правило, росли по спирали, образуя новые камеры снаружи от уже существующих. Сам моллюск то и дело «переезжал» в новые отсеки, а старые мог заполнить газом, чтобы регулировать свою плавучесть.
Ученых интересовало, как различия в форме раковины аммонита влияли на ее движение в воде. Их многообразие описали с помощью треугольного морфологического пространства, каждая точка в котором изображает конкретного моллюска, а каждая из осей — определенный параметр раковины.
Таким образом в углах оказались крайности — раковины с наиболее выраженными чертами. Так, модель под названием серпентикон имеет узкие камеры при широкой раковине, сферокон — почти сферическую форму и немногочисленные широкие камеры, оксикон же представляет собой нечто среднее и сочетает их признаки.
Во время испытаний роботов-аммонитов в воде в очередной раз оказалось, что не все в эволюции просто и однозначно. «Мы ожидали, что каждая конкретная форма окажется связанной с различными выгодными свойствами и изменениями, — признается Дэвид Петерман (David Peterman) из Университета Юты (США), один из авторов. — Эволюция даровала им (аммонитам. — Прим. ред.) особенный способ передвижения после того, как они поднялись с морского дна благодаря раковине со множеством камер, заполненной газом. Эти животные напоминают прочные подлодки, плывущие за счет выбрасываемых ими потоков воды».
При такой конструкции маневренность неизбежно страдает, и в этом отношении аммонитам далеко до современных лишенных раковины головоногов вроде осьминогов, каракатиц и тем более кальмаров.
В итоге исследователи выявили своеобразный размен между стабильностью конструкции раковины аммонитов и ее маневренностью: наращивая одно, моллюск неизбежно теряет другое. Главный вывод хорошо укладывается в эволюционное учение: идеальной раковины нет и не может быть, а спектр имеющихся форм приспособлен для определенных условий и решения конкретных задач.