Ученые исследовали останки динозавров, чтобы понять, как их скелет справлялся с гигантскими нагрузками. Выяснилось, что структура костей рептилий отличается от той, что есть у птиц и млекопитающих: уникальное строение трабекулярной кости делало скелет достаточно прочным, чтобы выдерживать огромный вес динозавров.
Для динозавров были важны механические свойства костей. Очень тяжелый скелет не позволил бы им выжить в природе: например, зауроподы не смогли бы поддерживать длинные и массивные шеи. Нормально функционировать животным помогала трабекулярная (губчатая) костная архитектура — она легкая, но может удерживать большой вес.
Чтобы понять, как скелет рептилий справлялся с огромной массой тела и серьезными физическими нагрузками, группа палеонтологов, инженеров-механиков и биомедицинских инженеров изучила образцы верхнего эпифиза большеберцовой кости и нижнего эпифиза бедренной кости (они образуют коленный сустав) гадрозавров и зауроподов с помощью компьютерной микротомографии. Результаты работы опубликованы в журнале PLOS One.
Ученые сравнили строение тканей с аналогичным у современных и вымерших млекопитающих и птиц, после чего выяснили, что у рептилий объемная доля трабекулярной кости увеличивалась вместе с массой, как и у млекопитающих. Однако количество и размер трабекул (перегородок, образующих губчатую костную ткань) в кости у динозавров оказались обратно пропорциональны массе. То есть, чем тяжелее рептилия, тем меньше трабекул было в кости и тем они уже. При этом количество связей между ними росло. «Структура трабекулярной — или губчатой — кости у динозавров оказалась уникальной», — добавил Тони Фиорилло, палеонтолог и один из авторов исследования.
Работа показала, что увеличение связей внутри губчатой кости — эффективный механизм укрепления скелета у таких крупных животных. Это позволяет ему быть более легким, но сохранять механические свойства. «Без этой адаптации скелет гадрозавров и зауроподов был бы настолько тяжелым, что им было бы трудно двигаться», — отметили авторы статьи.
Ученые добавили, что у их исследования есть несколько ограничений. Во-первых, в нем проанализировали мало видов, во-вторых, в образцах могли не сохраниться какие-то особенности клеток, которые были бы способны серьезно повлиять на результаты. Наконец, оценка массы животных может быть не совсем достоверной, ведь точно определить, сколько весили динозавры, невозможно.
Тем не менее, считают авторы, полученные результаты будут особенно полезны для аэрокосмической промышленности, в строительстве и транспортной отрасли. «Понимание архитектуры трабекулярной кости динозавров может помочь нам разобраться, как лучше проектировать легкие и плотные материалы в лаборатории», — подытожил Тревор Агирре, ведущий автор статьи.