Летопись на костях. Что стоит за открытием новых видов динозавров

Каждый год в разных частях света палеонтологические экспедиции ищут кости динозавров. Однако об открытиях новых видов вымерших ящеров мы слышим нечасто и, как правило, спустя несколько лет после находки. Почему исследование окаменелостей занимает так много времени и как ученые восстанавливают недостающие звенья эволюции — в материале РИА новости.

Гости из прошлого

Кости динозавров залегают в отложениях мезозойской эры, но обнаружить их можно, только если пласты выходят на дневную поверхность. Как например, в бедлендах — пустынных территориях, сформированных эрозией осадочных пород. В поиске помогают геологические карты, на которых обозначены состав, возраст и простирание горных пород. Иногда в процессе раскопок нужно удалять большие объемы грунта, каменного материала.

Так выглядят залегающие в породе кости. Они принадлежат новому виду динозавра Minimocursor phunoiensis, обнаруженному в Таиланде в формации Фу Крадунг в 2012 году. Однако описать животное удалось только сейчас. Желтым выделены сочлененные спинные позвонки

Сочлененные спинные позвонки Minimocursor phunoiensis

Реконструкция динозавра Minimocursor phunoiensis

1 / 2

Так выглядят залегающие в породе кости. Они принадлежат новому виду динозавра Minimocursor phunoiensis, обнаруженному в Таиланде в формации Фу Крадунг в 2012 году. Однако описать животное удалось только сейчас. Желтым выделены сочлененные спинные позвонки

2 / 2

Реконструкция динозавра Minimocursor phunoiensis

"В лесных массивах окаменелости найти невозможно. Поэтому бедленды — своеобразный Клондайк для палеонтологов. Особенно богаты динозаврами территории Северной Америки. В частности, много скелетов находят в штате Монтана (США) и провинции Альберта (Канада). В Китае и Монголии тоже ведут раскопки. Интересны местонахождения Сибири и Дальнего Востока. Помимо районов с естественным обнажением пород, кости можно обнаружить в искусственных выемках — например, при проведении строительных работ, рытье котлованов", — рассказывает старший научный сотрудник лаборатории палеогерпетологии Палеонтологического института имени А. А. Борисяка РАН, кандидат биологических наук Татьяна Туманова.

Заключенные в породе кости немедленно пропитывают специальными клеевыми растворами, чтобы предотвратить разрушение. Извлекают различными способами. Например, завертывают кость в гипсовые повязки. Если попался достаточно полный скелет, его можно брать монолитом: при помощи лопаты (лома или кирки) вырубают блок породы, накрывают рамой из сколоченных досок и заливают гипсом. Застывший монолит везут в лабораторию. Далее самое трудное — препарирование материала. Ученые специальными инструментами освобождают окаменелости от остатков породы и гипса, а затем снова пропитывают клеевым составом.

"Препарирование может занять годы. Универсальной техники извлечения костного материала не существует. Все зависит от твердости вмещающей породы. Если динозавра обнаружили в твердой породе, а тем более в конкреции, на разных этапах можно использовать долото, зубила, иглы с ручкой, мягкие кисти, а также электрические граверы и пневматические перфораторы. Иногда применяют кинетическое воздушно-абразивное препарирование — пескоструйную обработку. В некоторых случаях породу удается растворить специально подобранной кислотой определенной концентрации. Это долгая и кропотливая работа. Чтобы в процессе случайно не повредить окаменелость, требуются тщательность и аккуратность", — продолжает Туманова.

Как распознать новый вид

Первый шаг в изучении окаменелостей динозавра — сравнительный морфологический анализ. Некоторые кости несут ряд признаков, по которым можно определить, к какому виду или роду принадлежало животное. По словам директора Ундоровского палеонтологического музея имени С. Е. Бирюкова, кандидата биологических наук Ильи Стеньшина, самые информативные части — череп, конечности, плечевой и тазовый пояс.

"В первую очередь мы смотрим на количество и размер суставных поверхностей. Выясняем, каким образом они соединялись с другими костями, замеряем штангенциркулем пропорции. Далее смотрим на размер сужения плечевых и бедренных костей, а также места крепления фаланг. Замеряем форму черепа. Выявленные признаки фотографируем и заносим в фототаблицы, где сравниваем с костями родственных представителей. Любая окаменелость имеет свою морфологию, ее нужно досконально проанализировать", — подчеркивает ученый.

Любые виды выделяют на основании голотипа — типового образца. Чтобы отнести ископаемое к известному виду, его признаки должны полностью совпадать с определенным голотипом. Если кость не подходит ни под один образец, значит, перед нами неизвестный вид динозавра. Далее окаменелость нужно сравнить с похожими аналогами, это поможет определить род. Пропорции должны сойтись по большинству признаков, различаясь, например, по длине черепа или размерам глазниц.

Исследование остатков динозавров в Палеонтологическом музее им. Ю. А. Орлова

Исследование остатков динозавров в Палеонтологическом музее имени Ю. А. Орлова

Перейти в медиабанк

Методы изучения: 3D-сканы и КТ

Морфологический анализ позволяет не только распознать новый вид, но и понять, каким был образ жизни динозавра. Развитая челюстная мускулатура и длинные острые зубы говорят о том, что животное принадлежало к отряду хищников. И, наоборот, мелкие зубы листовидной формы указывают на растительноядность. Информацию о рационе дает и содержимое желудка (кололит), хотя этот орган сохраняется крайне редко.

Судить о скорости рептилии можно по пропорциям тела. Обладатели крупных тяжелых черепов, плечевых и бедренных костей передвигались довольно медленно, в то время как более мелкие динозавры развивали высокую скорость.

Скелет гигантского хищного динозавра терапода Tarbosaurus bataar. Поздний мел (75-65 млн лет назад), Монголия. На втором плане — молодая особь. Палеонтологический музей имени Ю. А. Орлова РАН

Скелет гигантского хищного динозавра терапода Tarbosaurus bataar. Поздний мел (75-65 млн лет назад), Монголия. Палеонтологический музей имени Ю. А. Орлова РАН

Скелет растительноядного игуанодонтида пробактрозавра. Палеонтологический музей имени Ю. А. Орлова РАН

1 / 3

Скелет гигантского хищного динозавра терапода Tarbosaurus bataar. Поздний мел (75-65 млн лет назад), Монголия. На втором плане — молодая особь. Палеонтологический музей имени Ю. А. Орлова РАН

Перейти в медиабанк

2 / 3

Скелет гигантского хищного динозавра терапода Tarbosaurus bataar. Поздний мел (75-65 млн лет назад), Монголия. Палеонтологический музей имени Ю. А. Орлова РАН

Перейти в медиабанк

3 / 3

Скелет растительноядного игуанодонтида пробактрозавра. Палеонтологический музей имени Ю. А. Орлова РАН

Перейти в медиабанк

Для детального изучения существует метод 3D-сканирования. С его помощью создают виртуальные копии костей и исследуют материал в цифровом виде, не повреждая структуру оригинала. К процессу могут присоединиться специалисты из других стран — достаточно загрузить изображение в Сеть.

"3D-сканер — особое устройство, внутрь которого кладется нужная нам кость. Запускается серия вспышек, которые со всех сторон освещают ископаемое. Затем на экран выводят отраженную объемную модель, в точности копирующую материал, который мы поместили. Есть портативные сканеры, напоминающие утюжок. В них — ряд датчиков, которые посылают короткие импульсы света. Они падают на кость и выводят готовое изображение на экран. Все признаки при этом четко видны", — говорит Илья Стеньшин.

3D-сканирование помогает воссоздать облик и размер динозавра. Чтобы понять, как выглядел представитель нового вида, на трехмерном снимке наращивают мускулы и жировую ткань, подобные тем, что имелись у родственных животных. Снимку можно дополнительно придать остальные сегменты тела. С помощью этих данных рассчитывают даже вес динозавра.

"Не покидая рабочего места, специалист может изучить трехмерное изображение, скажем, голотипа или ранее описанного близкородственного таксона и сравнить со своим материалом. Раньше мы часто обменивались слепками из гипса или полиуретана с музеями и институтами из других городов и стран, а теперь пользуемся компьютерными моделями исследуемых образцов и даже создаем их копии", — добавляет Татьяна Туманова.

Недавно при помощи 3D-сканирования доказали, что найденные в 2005-м в формации Уинтон (Австралия) окаменелости принадлежат новому виду титанозавра. Ученые решили сравнить их с костями трех других титанозавров из этого же местонахождения. Из-за громоздких размеров пришлось прибегнуть к созданию цифровых моделей. Оказалось, что найденные кости на несколько сантиметров длиннее, чем у других. Так открыли австралотитана — самого крупного динозавра на территории Австралии. Вид назвали Australotitan cooperensis.

CC BY-SA 4.0 / Sauriazoicillus / Скелет и размерная диаграмма экземпляра голотипа Australotitan cooperensis. Известный материал выделен белым, реконструированный — серым, а деформированный — красным

Скелет и размерная диаграмма экземпляра голотипа Australotitan cooperensis. Известный материал выделен белым, реконструированный — серым, а деформированный — красным

CC BY 4.0 / 2021 Hocknull et al. /

3D-изображения костей динозавров. Здесь сравниваются модели лопаток Australotitan cooperensis (сверху) и Diamantinasaurus matildae. Разница в размерах указывает на то, что первая кость принадлежит новому виду

Сравнение 3D-моделей лопаток Australotitan cooperensis (сверху) и Diamantinasaurus matildae

CC BY-SA 4.0 / Scott A. Hocknull, Melville Wilkinson, Rochelle A. Lawrence, Vladislav Konstantinov, Stuart Mackenzie & Robyn Mackenzie / 3D-изображение голотипа австралотитана

1 / 3

Скелет и размерная диаграмма экземпляра голотипа Australotitan cooperensis. Известный материал выделен белым, реконструированный — серым, а деформированный — красным

CC BY-SA 4.0 / Sauriazoicillus /

2 / 3

3D-изображения костей динозавров. Здесь сравниваются модели лопаток Australotitan cooperensis (сверху) и Diamantinasaurus matildae. Разница в размерах указывает на то, что первая кость принадлежит новому виду

CC BY 4.0 / 2021 Hocknull et al. /

3 / 3

3D-изображение голотипа австралотитана

CC BY-SA 4.0 / Scott A. Hocknull, Melville Wilkinson, Rochelle A. Lawrence, Vladislav Konstantinov, Stuart Mackenzie & Robyn Mackenzie /

Следующий важный метод — компьютерная томография (КТ). В палеонтологии она используется с 1990-х и в настоящее время очень популярна. Эксперты говорят, что КТ мозговой коробки животного может много рассказать о его образе жизни, поведении, скорости движения и когнитивных способностях.

"Мало какие технологии так сильно изменили наши взгляды на динозавров, как КТ. Она дает возможность не только исследовать детальную морфологию внутренних структур черепа, но и добывать информацию, необходимую для понимания биологии динозавров. На основе полученных при сканировании срезов создают трехмерную модель черепа и реконструируют, например, мозг и внутреннее ухо", — рассказывает Туманова.

Изучение анатомии внутреннего уха помогает понять, какие звуки животное слышало. Оказалось, что крупные динозавры воспринимали низкочастотные звуки в диапазоне от 300 до 3000 герц, как современные крокодилы. По размеру лагены (части спирали внутреннего уха) можно определить, хорошо ли динозавр слышал. Развитые полукружные каналы в этой области также говорят о сильном чувстве равновесия и вестибулярном аппарате, позволявших животному быть достаточно подвижным. Об остром обонянии говорят развитые обонятельные луковицы.

Незаменим также метод палеогистологии. Еще в XIX веке специалисты заметили, что микроструктура кости сохраняется даже в ископаемом состоянии. Ее изучают под микроскопом, обычно при поляризованном свете. Для исследования изготавливают тонкие срезы костей (шлифы).

Костная ткань динозавра, изучаемая при кросс-поляризационном свете под микроскопом

Костная ткань динозавра, изучаемая при кросс-поляризованном свете под микроскопом

CC BY 4.0 / Chinsamy, A./Sci Rep /

"Тонкие поперечные срезы длинных костей дают нам представление об истории жизни животного. Изучение микроструктуры позволяет оценить темпы роста динозавра и примерно определить, в каком возрасте он погиб. Возраст можно рассчитать по количеству линий остановки роста — LAG, которые образовывались в моменты, неблагоприятные для остеогенеза, и, предположительно, соответствуют одному году. Также микроструктура отражает скорость и время достижения гистологической зрелости окаменелости. С возрастом в костной ткани наряду с первичными сосудистыми каналами и остеонами появляются вторичные, а также признаки ремоделирования. При этом расстояние между LAG постепенно сокращается", — отмечает Татьяна Туманова.

Преграды и научный смысл

Далеко не всегда кости сохраняются в первозданном виде, часто приходится иметь дело лишь с фрагментами. Составить подробное строение динозавра получится, только если есть его череп, кости тазового и плечевого пояса. Измерить точную длину без полного позвоночного столба нельзя. Форма черепа, а также соотношение размера и количества позвонков помогают определить примерный размер животного, без этих частей детально описать вид не удастся. При этом они должны прилично сохраниться. Однако для открытия нового вида достаточно иметь всего один фрагмент — главное, чтобы он обладал ярким отличительным признаком.

Илья Стеньшин считает, что изучать новые виды динозавров необходимо, поскольку так мы сможем больше узнать об эволюции этих ископаемых.

"Открытие новых видов заполняет определенные эволюционные пробелы. Мы понимаем, какие процессы и изменения претерпевал тот или иной вид динозавров, как развивались их конечности, позвоночник, пропорции, морфология скелета", — поясняет ученый.

По мнению Стеньшина, развитие технологий искусственного интеллекта может в скором времени упростить задачу палеонтологам и цифровизировать некоторые методики. Однако пока в этом плане ни одна машина не заменит человека полностью.

Скелеты динозавров в зале Палеонтологического музея имени Ю. А. Орлова РАН

Скелет растительноядного динозавра Protoceratops andrewsi в породе. Поздний мел, Монголия. Палеонтологический музей имени Ю. А. Орлова РАН

Кладка яиц рогатого динозавра протоцератопса в одном из залов Палеонтологического музея имени Ю. А. Орлова РАН

1 / 3

Скелеты динозавров в зале Палеонтологического музея имени Ю. А. Орлова РАН

Перейти в медиабанк

2 / 3

Скелет растительноядного динозавра Protoceratops andrewsi в породе. Поздний мел, Монголия. Палеонтологический музей имени Ю. А. Орлова РАН

Перейти в медиабанк

3 / 3

Кладка яиц рогатого динозавра протоцератопса в одном из залов Палеонтологического музея имени Ю. А. Орлова РАН

Перейти в медиабанк