Насколько была крепка броня динозавров? Гладиаторы мезозоя.

Анализ доспехов и оружия необычайно хорошо сохранившихся динозавров может помочь разрешить давний спор об их назначении.

Triceratops, культовый представитель цератопсов — рогатых динозавров, — обитал на западе Северной Америки между 68 и 66 миллионами лет назад. Эта окаменелость Borealopelta возрастом 110 миллионов лет, нодозавридного анкилозавра из Альберты (Канада), — одна из самых хорошо сохранившихся находок динозавров за всю историю. В этом экземпляре присутствуют не только костные пластины — остеодермы, покрывавшие тело (вверху справа), но и кератин, который покрывал эти пластины. Костно-кератиновый композит делал броню по меньшей мере в 20 раз более вязкой, чем броня, состоящая лишь из кости, и, возможно, позволял ей выдерживать удары, сопоставимые по силе со столкновением автомобиля на высокой скорости. Окаменелость также включает галечную массу, которая, по-видимому, является остатком последнего приёма пищи животного.

В пантеоне динозавровой знати зауроподы, пожалуй, были самыми большими, а тираннозавры — самыми смертоносными. Но самыми «металлическими» из всех динозавров оставались цератопсы, анкилозавры и стегозавры. Рога и шипы, костяные пластины и хвостовые булавы сделали этих рогатых и бронированных ящеров подлинными иконами популярного воображения. В начале XX века американский палеохудожник Чарльз Р. Найт изобразил одного из таких вооружённых бойцов — растительноядного трицератопса — достойным противником хищного Tyrannosaurus rex, а стегозавр регулярно и весьма грозно появляется в киновселенной «Парка юрского периода», начавшейся в 1993 году. И всё же, несмотря на нашу неизменную любовь к этим «живым танкам», как нередко называют бронированных динозавров, многие подробности их анатомии — включая состав и даже функции их впечатляющих украшений — долгое время оставались загадкой.

Zuul, ещё один прекрасно сохранившийся бронированный динозавр, жил в Монтане 76 миллионов лет назад. Окаменелость включает полный череп и хвостовую булаву. Анализ повреждений на боках животного показывает, что они, вероятнее всего, были нанесены хвостовой булавой другого Zuul.

Проблема заключалась в редкости находок: даже когда такие животные попадались палеонтологам, оказывалось, что перед ними — лишь обрывки скелета. К тому же сохранялись только твёрдые костные элементы, без каких-либо следов мягких тканей. Пытаясь восстановить облик бронированных динозавров при жизни на основе столь скудных данных, учёные выбирали, как им казалось, осторожный путь и предполагали, что костные остатки доспехов и составляли основную их массу. В этих реконструкциях возникали поистине величественные создания: цератопсы с воротниками шириной в метр, стегозавры с хвостовыми шипами длиной под 75 сантиметров, нодозавры, ощетинившиеся плечевыми шипами почти полуметровой длины.

Borealopelta, представленный науке в 2017 году, — род нодозавридных динозавров, ранее неизвестный. Сохранившиеся в окаменелости мягкие ткани — включая кератин и пигментированную кожу — позволили детально восстановить облик животного при жизни (слева). Эта реконструкция, ощетинившаяся шипами и толстыми роговыми пластинами, резко контрастирует с изображениями XX века, где нодозавров показывали приглушёнными, с туповатой бронёй (справа).

Но в последние годы исследователи обнаружили новые окаменелости, которые сохранили такие детали анатомии бронированных динозавров, каких прежде никто не видел. Эти удивительные находки позволили впервые понять, из чего на самом деле состояли их доспехи и оружие. Вооружившись этими данными, мы с коллегами провели новые механические анализы рогов, шипов и пластин самых тяжеловооружённых динозавров. Свежий взгляд на эти «доспехи» показал: они были ещё более впечатляющими, чем считалось ранее.

Эти результаты, возможно, помогут поставить точку в многолетнем споре о главной функции столь эффектных структур.

Традиционно стегозавра изображали с зелёным телом, красноватыми спинными пластинами и белыми хвостовыми шипами (справа). Новая реконструкция (слева) опирается на окраску крупных современных животных, живущих в жарких и сухих условиях, подобных тем, в которых обитал стегозавр. Контрастная затенённость защищала кожу от ультрафиолетового излучения и отпугивала хищников, а чёрно-жёлтые акценты подчёркивали грозные кератиновые пластины и хвостовые шипы.

В основе наших выводов лежат прежде всего две исключительные находки, впервые описанные в 2017 году. Первая принадлежала бронированному динозавру с массивной хвостовой булавой, которого Виктория Арбор — ныне сотрудник Королевского музея Британской Колумбии — и Дэвид Эванс из Королевского музея Онтарио назвали Зуулом за сходство с монстром из фильма «Охотники за привидениями» 1984 года. Вторая находка оказалась нодозавридом — представителем группы бронированных динозавров, известных своими зловещими плечевыми шипами. Калеб Браун из Королевского музея Тиррелла в Альберте и его коллеги дали этому животному имя Borealopelta — «северный щит».

Triceratops долгое время изображали с обвисшей, слоновьей кожей (справа). Однако ископаемые данные показывают, что помимо усиленных кератином воротника и рогов, это животное было покрыто чешуёй. Окраска трицератопса неизвестна, хотя, как и большинство динозавров, его обычно представляли в тускло-зеленоватых тонах. Новая реконструкция (слева) заимствует цветовые решения у современных красных речных свиней, которые, как и трицератопсы, сражаются лицом к лицу, а также у крупных черепах и полорогих.

И Зуул, и Borealopelta представляли собой виды, ранее неизвестные науке. Но по-настоящему захватывающими эти окаменелости делает их исключительная сохранность. Это одни из лучших останков динозавров, когда-либо найденных: в них уцелели не только костные элементы брони, но и связанные с ними мягкие ткани. Впервые исследователи смогли непосредственно увидеть, из каких материалов состояли сложные покровы тела бронированных динозавров.

До открытия Зуула и Бореалопельты некоторые учёные предполагали, что костные элементы брони — остеодермы — у таких форм, как Ankylosaurus и Stegosaurus, были всего лишь костными сердцевинами, покрытыми снаружи слоем кератина (того самого вещества, из которого состоят волосы, ногти и рога). Новые находки подтвердили эту догадку: броня этих динозавров действительно имела наружный кератиновый слой, опиравшийся на костные остеодермы.

Более того, этот кератиновый покров оказался куда более массивным, чем считалось прежде. Окаменелость Borealopelta, в которой броня сохранилась лучше всего, показывает, что кератиновые чехлы увеличивали линейные размеры самых толстых участков доспеха на 30–40 процентов. А поскольку часть кератина у этого экземпляра утрачена, мы знаем, что при жизни он был ещё толще. Изучив эту находку собственными глазами, я подозреваю, что реальное увеличение могло быть значительно больше сорока процентов.

Это понимание устройства брони произвело настоящую революцию в нашем взгляде на этих динозавров. Во-первых, стало ясно, что боевые качества доспехов были совсем иными — и куда более впечатляющими, — чем мы предполагали раньше. Во-вторых, поскольку у большинства бронированных динозавров на костных элементах заметны характерные следы соединения с кератиновой оболочкой, соотношение кератина и кости, установленное для брони Borealopelta и Zuul, вероятно, справедливо и для других динозавров с костяным «сердечником» вооружения. Иначе говоря, шипы, пластины и рога всех бронированных динозавров — от рогатых цератопсов до пластинчатых стегозавров — при жизни, скорее всего, были более чем на 40 процентов крупнее, чем мы видим по их скелетам.

Чтобы понять поразительные последствия наличия брони, в значительной степени состоявшей из кератина, нужно обратиться к свойствам этого материала. Важнейшими здесь являются прочность и вязкость. Прочность — это сопротивление материала разрушению при деформации. Если у вас есть стержень из какого-то вещества и его трудно сломать пополам, значит, материал прочный. Вязкость же показывает, сколько энергии материал способен поглотить. Если по куску материала можно сильно ударить и он уцелеет — он вязкий; если же он ломается от удара — значит, он хрупкий. Между этими свойствами часто существует компромисс: очень прочные материалы нередко оказываются сравнительно хрупкими. Взять хотя бы стекло: оно довольно прочное, но даже лёгкий удар может заставить его разлететься на осколки. Его ломкость — следствие не низкой прочности, а низкой вязкости.

В этом смысле кератин — биологический материал особого рода. В отличие от кости, которая очень прочна, но хрупка, кератин лишь умеренно прочен, зато чрезвычайно вязок. Он образует сверхнадёжное оружие и броню.

Достаточно вспомнить кератиновые иглы африканских дикобразов, способные смертельно ранить львов, достаточно безрассудных, чтобы напасть на этих тяжело бронированных грызунов. Кость может ломаться под действием мощных укусов льва. А вот кератиновые иглы поглощают энергию удара и сохраняют достаточно формы, чтобы служить смертоносными копьями, которые дикобраз вонзает глубоко в морду и челюсти нападавшего.

Ещё более показательный пример для обсуждения бронированных динозавров — рога современных антилоп, баранов и козлов. Горные бараны с силой сталкиваются друг с другом массивными черепными выростами, состоящими не только из кости, но и из толстого слоя кератина, окружающего костяное ядро. Совокупные физические свойства этих рогов возникают именно из сочетания вязкого внешнего кератина и более прочного, но хрупкого костного стержня. Это союз лучших качеств: кератиновая оболочка поглощает огромное количество энергии, а жёсткое и прочное ядро сопротивляется изгибу и излому.

Строение рогов у современных антилоп означает и то, что поверхность контакта инертна. Повреждение кератина не вызывает боли и кровотечения. Напротив, кость — живая ткань с развитой сетью сосудов и нервных окончаний. Иметь оголённую кость в качестве брони — рискованно: её повреждение может привести к кровопотере или мучительной боли.

Stegosaurus, известный своими вертикальными спинными пластинами и шипастым хвостом, обитал на территории западных США и Португалии в позднеюрский период — между 159 и 144 миллионами лет назад.

Данные, полученные по Zuul и Borealopelta, вместе с сопоставлениями с современными животными, показывают, что броня динозавров не была жёстким и хрупким костяным панцирем. Это был исключительно вязкий композит из кости и кератина. Толстый внешний слой кератина брал на себя основной удар: именно он первым принимал столкновения. Любые повреждения кератина во время схваток были бы незначительными, без крови и боли. Внутреннее ядро, состоявшее из кости, окружённой кожными тканями, придавало конструкции прочность, обеспечивало рост кератина, ощущало удары и восполняло утраты. В итоге получалась грубая, самовосстанавливающаяся броня, способная поглощать колоссальные количества энергии.

Мы с Брауном (чья команда описала Borealopelta) сейчас активно изучаем способность этой брони поглощать энергию. Осенью 2024 года я представил первые оценки наших исследований на ежегодном собрании Общества палеонтологии позвоночных. Эти предварительные расчёты показывают, что самые толстые участки брони Borealopelta могли поглощать объём энергии, примерно сопоставимый с энергией столкновения автомобиля на высокой скорости. По меньшей мере, костно-кератиновый композит увеличивал вязкость брони этого животного в двадцать раз по сравнению с бронёй, состоящей лишь из кости. В мире хищников с чрезвычайно мощными укусами такая броня была бы бесценным преимуществом. Панцирь, состоящий в основном из кости и покрытый лишь тонким слоем, почти наверняка трескался бы или рассыпался под ударами этих хищников. В этом отношении внешняя, «рабочая» сторона брони из кератина давала очевидное и решающее преимущество.

При всём этом броня Borealopelta, по-видимому, была даже избыточной для противостояния укусам крупных хищных динозавров. Да и самому хищнику было бы крайне трудно нанести прямой укус по низкому и широкому телу этого «живого танка». Меня не покидал вопрос: существовала ли вообще ситуация, в которой хищник смог бы укусить Borealopelta в полную силу и нанести его броне реальный ущерб?

Чтобы выяснить это, в 2019 году я объединился с физиком Шеймусом Блэкли и его командой инженеров в Южной Калифорнии. Для программы Канадской вещательной корпорации мы спроектировали и построили механическое испытание брони Borealopelta. В нём синтетическую копию брони мы противопоставили модели крупнейшего хищника, с которым Borealopelta мог столкнуться, — тероподу Acrocanthosaurus. Создавая установку для «укуса», мы тщательно воспроизвели размеры и форму головы, силу укуса и свойства зубов хищника. Затем мы смоделировали худший из возможных сценариев: хищник каким-то образом сумел разрезать броню Borealopelta под крутым углом. Даже при таких неблагоприятных для брони условиях и несмотря на то, что мы использовали лишь небольшой, «на укус» кусок панциря, гигантская и, откровенно говоря, пугающая установка должна была ударить по одному и тому же месту дважды, прежде чем нанести броне сколько-нибудь серьёзный ущерб.

Мы не стали воспроизводить самые массивные и тяжело бронированные участки Borealopelta. Вместо этого мы смоделировали более «скромную» броню, покрывавшую заднюю половину тела. Можно с уверенностью предположить, что любая попытка хищника напасть на переднюю часть Borealopelta была бы обречена — и, вероятно, стала бы отличным способом погибнуть. Если зад животного прикрывала впечатляющая серия мелких, покрытых кератином остеодерм, образующих взаимосвязанную мозаику, то передняя часть Borealopelta (как и у других нодозавров) была просто запредельно грозной. Шейные пластины напоминали лезвия, а из плеч торчали массивные шипы. Он выглядел как боевая машина из игры World of Warcraft.

Во время анализа для эксперимента CBC я с тёплой иронией стал называть мощно укреплённую зону от шеи до плеч Borealopelta «камерой смерти». Всё, что оказывалось там перед разъярённым Borealopelta, долго не жило. То есть… если только в этой опасной зоне не стоял другой Borealopelta.

Палеонтологи давно спорят о назначении динозавровой брони: служила ли она защитой от хищников, оружием в схватках с сородичами, элементом полового демонстрирования — или же сочетала в себе все эти функции? Новые открытия, возможно, склоняют чашу весов. Если броня Borealopelta была прочнее, чем требовалось для защиты от хищников, то, возможно, противостояние плотоядным динозаврам, ищущим обед, было для неё лишь второстепенной задачей. Тогда какова же была её главная роль? Ответ можно искать у современных животных, обладающих сложным костно-кератиновым вооружением.

В нашем мире такие структуры могут использоваться для отпугивания хищников, но их основное назначение почти всегда связано с демонстрацией и боями внутри вида. В биологии такие столкновения называют внутривидовой борьбой — и она бывает по-настоящему жестокой. Горные бараны сталкиваются друг с другом с силой, примерно в 60 раз превышающей ту, что нужна для того, чтобы раздробить человеческий череп. И делают они это снова и снова, порой в течение многих часов. Оленей снимали на видео с головой соперника, насаженной на их рога. К слову, олени могут позволить себе использовать оружие из «чистой» кости без кератиновой оболочки потому, что кость зрелых рогов мертва и не кровоточит при повреждении, а сами рога сбрасываются каждый год.

Вопреки голливудскому мифу о поединке хищника и травоядного насмерть, реальная охота — это погоня за пищей, а не за трофеем. Поэтому большинство хищников выбирают детёнышей. Плотоядному нужно поесть, а не доказать своё превосходство. Самые эпические битвы в животном мире разворачиваются не между хищником и жертвой, а между вооружёнными и бронированными травоядными, которые сражаются за статус и право на продолжение рода.

Возможно, то же самое происходило и в мезозое. В исследовании Zuul, опубликованном в 2022 году, Арбор и её коллеги показали, что это животное перенесло и залечило травмы боков, которые лучше всего объясняются ударами хвостовой булавы другого Zuul. Более того, находки детёнышей нодозавров показывают, что их «камера смерти» полностью формировалась лишь на более поздних этапах жизни — хотя риск быть съеденными у маленьких особей должен был быть выше. Эти факты, вместе с избыточной прочностью брони Borealopelta, наводят на мысль, что по крайней мере самое экстремальное вооружение бронированных динозавров в основном использовалось в поединках между соперниками одного и того же вида. Поскольку та же закономерность наблюдается и в современном животном мире, наилучшее объяснение происхождения динозавровой брони заключается в том, что она была приспособлением для внутривидовых битв. А то, что при необходимости она могла в жуткой манере расправиться с незадачливым хищником, было лишь приятным бонусом.

Благодаря двум выдающимся находкам — Zuul и Borealopelta — мы теперь знаем, на что обращать внимание, чтобы распознавать толстую кератиновую броню у ископаемых животных, — и видим её характерные признаки повсюду. От волокнистых, пронизанных кровеносными сосудами краёв костных пластин стегозавра до борозд на рогах трицератопса — свидетельства мощных кератиновых оболочек встречаются повсеместно; они всё это время скрывались у нас на виду.

Кератин не только менял то, как работали элементы брони — повышая их вязкость и снижая хрупкость, — он также радикально менял внешний облик этих животных. Это понимание стало очередным шагом в длинной цепи визуальных «перезагрузок» динозавров, начавшейся с переосмысления их анатомии в конце 1970-х годов. За последнее десятилетие количественные оценки позы, походки и механики скелета прочно вошли в арсенал палеонтологии. В результате этих исследований сгорбленные цератопсы и стегозавры с уныло свисающими хвостами, какими их рисовали сто лет назад, уступили место более прямым, мускулистым силуэтам с гордо поднятыми головами. Анкилозавров теперь представляют не смутно «дынеобразными» созданиями, а низкими, сверхширокими таранами.

Исправленные позы и анатомия дали реконструкции, которые одновременно и внушительнее, и смертоноснее прежних. Эти животные были не просто вооружены до зубов — они были приспособлены использовать своё оружие с максимальной эффективностью. Вопреки образу пассивных существ прошлого, бронированные динозавры были одними из самых опасных обитателей своих экосистем — великолепных на вид, но ужасающих в бою. Лишь немногие животные осмелились бы бросить вызов таким грозным гигантам — разве что их столь же хорошо экипированные соперники. Они были гладиаторами своей эпохи, готовыми вступить в схватку в любой миг ради статуса, партнёров и территории.

Майкл Б. Хабиб — палеонтолог и биомеханик из Музея естественной истории округа Лос-Анджелес и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Он изучает анатомию и движение птерозавров, птиц и динозавров.

Предыдущая статья:
Моллюск-загадка.