Ужасный клюв фороракоса прошел испытание на прочность
Ученые вычислили слабые места древней птицы, применив для анализа методы прочностной оценки мостов. И поняли, что этому древнему мостику до саблезубого совершенства далеко.
Инженерный метод помог биологам реконструировать способ охоты древних нелетающих птиц фороракосов (семейство Phorusrhacidae), известных как «ужасные птицы» (terror bird). Выглядели фороракосы действительно устрашающе: полтора-два метра в высоту, длинноногие, с непропорционально большой головой и огромным массивным клювом с крючком на конце. Эти птички обитали в Южной Америке примерно от 60 млн до 2 млн лет назад. Казалось, они должны были занимать место главных хищников среди обитателей миоцена и плиоцена и свободно конкурировать с хищными сумчатыми млекопитающими. Так это или нет, решила проверить международная группа ученых под руководством Федерико Дегранде (Federico Degrange), сотрудника Музея Ла-Плата (Museo de La Plata/CONICET) Национального университета Ла-Плата (Universidad Nacional de La Plata) в Аргентине.
Дегранде и его коллеги из Чили, Австралии и США изучили череп одного вида фороракосов Andalgalornis steulleti. Это представитель группы средних размеров -- 1,4 м в высоту и весом около 40 кг. Его 37-сантиметровый череп, датированный возрастом около 6 млн лет, нашли на территории Аргентины.
Ученые провели компьютерную томографию черепа и сравнили его с черепами современных птиц – орлана-белохвоста и кариамы. Кариамы относятся к семейству журавлеобразных, живут в Южной Америке и считаются ближайшими родственниками фороракосов. Они тоже не летают, а бегают (массивный череп могут себе позволить только нелетающие птицы). Но по размерам головы им далеко до вымерших прародителей.
Череп как мост
Главная особенность, отличающая череп фороракоса от остальных, состоит в более жесткой конструкции. У большинства птиц верхняя челюсть – надклювье -- относительно подвижно соединена с черепной коробкой, поэтому может подниматься и опускаться. Это дает возможность совершать разнообразные движения клювом. У фороракоса верхняя челюсть утрачивает подвижность, она слита воедино с черепной коробкой. Такая конструкция прочна в продольном направлении, но негибка.
Рис 1. Череп Andalgalornis steulleti (Federico J. Degrange et al)
Биологи построили трехмерную биомеханическую модель черепа фороракоса и применили инженерный метод расчета прочности -- конечно-элементный анализ. Он применяется для оценки прочности мостов и основан на оценке нагрузки, действующей на поверхность объекта в разных направлениях. Анализ показал, что хотя череп фороракоса массивен и с виду прочен, у него есть слабые места. Он хорошо переносит нагрузки в передне-заднем и в вертикальном направлении, но плохо приспособлен к боковым.
Недокусил, так добью
Специалисты оценили силу сжатия клюва «ужасной птицы» -- если можно так сказать, «силу укуса», которая зависит от строения черепа и клюва и силы челюстных мышц. Это важнейший показатель охотничьих возможностей. Чтобы вычислить ее, они использовали существующую базу данных силы укуса современных птиц и измерили ее у орла и кариамы. Сила укуса фороракоса оказалась равной 133Н (ньютонов). Это больше, чем у орла (50Н) и кариамы (50Н), но меньше, чем можно было ожидать, исходя из массы тела древних птиц. «Они могли компенсировать относительную слабость укуса мощными шейными мышцами, которые позволяли наносить вертикальные удары прочным черепом с крючковатым клювом, как томагавком», -- считают ученые.
На лицо ужасная, слабая внутри
Необычное строение черепа скорее ограничивало, чем расширяло охотничьи возможности «ужасных птиц». Они хорошо приспособились к тому, чтобы вонзать клюв и тянуть, но боковых ударов, которые неизбежны в схватке с крупным противником, их череп и полый вертикальный клюв просто не выдержали бы.
Так что соперничать с миоценовыми хищными сумчатыми, такими как сумчатый волк и сумчатый саблезубый тигр, «ужасные птицы», вероятно, не могли.
Статья об инженерном подходе к вымершим птицам опубликована в открытом доступе в журнале PloS ONE.