Science (США): настоящие дилофозавры съели бы Парк юрского периода в один присест

Вечернее солнце поджаривало нам спины в конце и без того долгого дня, проведенного в поле. Утомленные, мы продолжали копать песок лопатами и голыми руками, убирая его с поверхности. Мы находились в самом центре страны динозавров на плато Колорадо в северной Аризоне, работая посреди резервации Навахо-Нейшен. Мы пытались определить возраст двух скелетов Dilophosaurus wetherilli, которые были найдены там ранее. Весь этот жаркий июньский день 2014 года мы ходили то вверх, то вниз по бесплодной земле, измеряя пласты горных пород и заполняя рюкзаки образцами. А теперь нам надо было откапывать, но не нового динозавра, а машину, застрявшую в песчаных дюнах и погрузившуюся в песок по ступицы колес. Жизнь путешествующего по миру и работающего в полевых условиях ученого состоит из прозаической рутины: получить разрешения, сделать заметки, приготовить еду, помыть в лагере посуду, просмотреть при свете костра полученные за день данные. В ней нет ничего захватывающего, как в кино. Вы когда-нибудь видели Индиану Джонса или Алана Гранта, откапывающих застрявший пикап?

Летом 1993 года динозавры и палеонтологи ворвались на экраны кинотеатров по всему миру. «Парк юрского периода», основанный на одноименном романе Майкла Крайтона, мгновенно сделал из мало кому известных видов звезд и злодеев. В общественный лексикон наряду с тираннозаврами и трицератопсами вошли новые названия, такие как велоцираптор и дилофозавр. Динозавры из кинофильмов очень сильно отличаются от тех животных, которых ученые изучают в природных условиях. Но добиться огромного успеха «Парку юрского периода» (в 1993 году он побил все рекорды по кассовым сборам, а летом 2020-го снова попал в верхние строки чартов) помогло то, что его создатели опирались на последние достижения палеонтологии и генетики. Автор сценария Крайтон и режиссер Стивен Спилберг впервые дали возможность зрителю по-новому взглянуть на науку о динозаврах. Это был современный взгляд, и аудитория увидела активных и умных животных, которые находят отклик в сердцах зрителей по сей день.

Конечно, Крайтон и Спилберг допустили немало художественных вольностей, чтобы рассказать увлекательную историю, сгустив краски в повествовании об ученых, а также о динозаврах. Дальше всех от ископаемых собратьев ушел дилофозавр. В кино это существо размером с золотистого ретривера с гремящим кожаным жабо вокруг шеи и ядовитой слюной, которой он убивает компьютерного программиста Денниса Недри, занявшегося кражей зародышей динозавров. Но какими на самом деле были дилофозавры?

По правде говоря, когда это животное вошло в популярную культуру, у ученых не было исчерпывающего представления о нем. Но пока дилофозавр почти 30 лет делал карьеру в Голливуде, исследователи нашли множество новых окаменелостей этого динозавра и проанализировали все останки при помощи самых современных методов. В результате мы сегодня можем воссоздать дилофозавра во всех подробностях: его внешний вид, поведение, как он эволюционировал, в каком мире обитал. Выводы ученых указывают на то, что настоящий дилофозавр очень мало похож на своего собрата с большого экрана. Ученые также создали самый подробный на сегодня портрет динозавра из раннеюрского периода.

Кадр из фильма «Парк Юрского периода»

Рождение звезды

Сегодня нам известно, что дилофозавр это двуногий плотоядный динозавр шестиметровой длины с двумя характерными гребнями из очень тонких костей на голове (название дилофозавра происходит от греческих слов, которые переводятся как «двухгребневая рептилия»). Но в 1954 году, когда об этом животном впервые начали писать в научной литературе, у него было другое название. В серии научных статей палеонтолог из Калифорнийского университета в Беркли Сэмюэл Уэллс (Samuel Welles) представил свои исследования двух скелетов, найденных индейцем из племени навахо Джесси Уильямсом (Jesse Williams), который жил в Аризоне недалеко от Туба-Сити. Гребень среди фрагментарных останков не обнаружили, и Уэллс назвал это животное Megalosaurus wetherilli, посчитав, что это новый вид уже известного рода мегалозавров. В 1964 году Уильямс нашел новую окаменелость, но с уцелевшей верхней частью черепа, на которой был двойной гребень, и тогда Уэллс понял, что это новый род. Он переименовал животное, назвав его Dilophosaurus wetherilli.

В основу чертежа строения тела динозавра из «Парка юрского периода» легло анатомическое описание Уэллса, которое он сделал в 1984 году, а также реконструкции скелетов из музеев и иллюстративный материал палеонтолога Грегори Пола (Gregory Paul) из его написанной в 1988 году книги «Хищные динозавры» (Predatory Dinosaurs of the World). Но дилофозавры в фильме сильно отличались от научных описаний того времени, причем по некоторым ключевым деталям. Прежде всего, киношных дилофозавров сделали в два раза меньше реальных. Кинематографисты поступили так специально, чтобы зритель не спутал дилофозавров с их рептилоидными врагами велоцирапторами.

Отличительные особенности киношных дилофозавров, такие как их ядовитая слюна и поднимающийся воротник, тоже были выдуманы для пущего драматического эффекта. Однако эта отсебятина все-таки напоминала биологические черты других реальных животных, благодаря чему дилофозавры оказались правдоподобными. Когда Уэллс описывал окаменелые останки дилофозавра, он посчитал, что некоторые стыки между поверхностями зубов в конце морды «слабые», и высказал предположение, что эти животные были падальщиками, либо что они в основном убивали добычу когтями передних и задних конечностей. Создавая сценарий, Крайтон изобрел эффектный механизм, посредством которого дилофозавр плюется ослепляющим ядом, подобно современной кобре, выстреливающей яд на два метра. А кожаное жабо кинематографический дилофозавр получил от современных плащеносных ящериц из семейства агамовых, которые живут в Австралии и Новой Гвинее. У этих ящериц есть костно-хрящевое образование, идущее от горла и поддерживающее кожаный воротник. Доказательств существования такого воротника у дилофозавра палеонтологи не нашли.

Другие аспекты «Парка юрского периода» тоже основывались на последних достижениях науки. В начале 1980-х палеонтологи только начинали приходить к общему мнению, что современные птицы произошли от динозавров и являются их последними выжившими потомками. Кинематографисты отказались от первых пробных анимационных изображений гибких змеевидных велоцирапторов, прислушавшись к рекомендациям своего научного консультанта, палеонтолога Джека Хорнера (Jack Horner), и сделали этих животных в большей мере похожими на птиц, особенно в движении. В этой картине динозавры показаны быстрыми и умными животными, в отличие от представлений ученых из 19 века, которые считали их неповоротливыми и больше похожими на ящериц. Зритель впервые смог увидеть отчетливую связь между птицей и динозавром.

Новее и лучше

Но довольно о художественных предпочтениях. Представления ученых о дилофозаврах не могли не измениться за годы после выхода «Парка юрского периода». Перед появлением книги и фильма область палеонтологии переживала колоссальные изменения. Достижения компьютерных наук произвели революцию в изучении окаменелостей, и ученые получили возможность обрабатывать огромные массивы данных, что было немыслимо, когда обнаружили дилофозавра. Возьмем в качестве примера кладистический анализ, позволяющий идентифицировать дискретные, наследуемые анатомические черты животных, которые можно сравнивать, и которые создают статистическую основу для проверки гипотез о родственных отношениях между животными. Сейчас ученые могут анализировать намного больше характеристик, чем раньше, делая это гораздо быстрее и выстраивая более обоснованные гипотезы о родственных связях между динозаврами и о их развитии. Повышение производительности компьютеров и новые достижения в медицинской и промышленной компьютерной томографии также позволили создать неразрушающие методы изучения костей и горных пород.

У палеонтологов не только появились новые, более совершенные аналитические инструменты. В 1998 году экспедиции из Техасского университета в Остине стали находить все больше останков дилофозавров в том же районе северной Аризоны, где были сделаны первые находки. Каждая новая находка может подтвердить или опровергнуть прежние представления об этих давно вымерших животных. В данном случае в новых органических остатках сохранились те части скелетов дилофозавров, которых не хватало в ранее найденных образцах, или которые были деформированы.

Обычно окаменелости находят в крупных глыбах горных пород. Их помещают в гипс, чтобы сохранить при перевозке в лабораторию. По прибытии в музей палеонтологи при помощи стоматологических зондов, стамесок и миниатюрных отбойных молотков осторожно удаляют породу, высвобождая окаменелости. Ископаемые остатки миллионы лет пролежали в земле, подвергаясь воздействию геологических процессов, таких как сдавливание и эрозия. Поэтому чаще всего найденные палеонтологами остатки деформированы, и в них не хватает каких-то элементов. Иногда мы разбираем, а потом реконструируем сломанные фрагменты, чтобы привести их в первоначальное состояние, насколько это возможно. Для этого надо придать им нужную форму и добавить недостающие материалы, сравнивая окаменелости с родственными животными.

Когда Ванн Лэнгстон-младший с коллегами в 1950 году готовил первые скелеты дилофозавров в Калифорнийском университете в Беркли, недостающие части черепа они реконструировали, вставляя туда слепки с черепа более полного скелета плотоядного динозавра из юрского периода. А недостающие части таза они сделали из гипса. Никто на самом деле не знал, как выглядели эти недостающие части; реконструкция была основана на гипотезе об истинной форме дилофозавра. А проверить эту гипотезу можно было, только отыскав новые окаменелости.

Остатки дилофозавров, найденные после первого описания Уэллса и реконструкции Лэнгстона, показывают, что морда и челюсть у этого животного значительно больше, чем считалось ранее. У костей верхней челюсти нет слабых сочленений, как указывают первые фрагментарные находки. Эти кости свидетельствуют о том, что у дилофозавра был крепкий череп и челюсти, способные кусать и рвать добычу. Форма костей нижней челюсти животного указывает на наличие прочных гребней для крепления мышц. А на скелете другого динозавра, найденного учеными из Техасского университета в Остине во время раскопок (это травоядный саразавр) были обнаружены следы укусов, свидетельствующие о существовании в ту эпоху крупного плотоядного животного с достаточно мощными челюстями, чтобы разгрызать кости. В совокупности все эти данные подтверждают предположение о том, что дилофозавр мог быть хищником со смертоносными челюстями, а не падальщиком, которому приходилось пользоваться когтями, чтобы убивать жертв, как предполагал Уэллс.

Дилофозавр был крупным динозавром, особенно для своего времени. Большинство динозавров нижнего триаса из западной части Северной Америки (это на 20 миллионов лет раньше) были размером с индейку или орла. Однако дилофозавр был выше человека. Взрослая особь была до двух с половиной метров ростом и до семи с половиной метров в длину. У него были более длинные и сильные передние конечности, чем у других плотоядных динозавров, таких как аллозавры и цератозавры. Задние конечности тоже были длиннее. Когда были найдены первые скелеты дилафозавров, ученые посчитали, что это родственники так называемых карнозавров, а именно аллозавров и стрептоспондилов. Поэтому недостающие части таза они сделали такими же, как у этих животных. Позже были найдены лучше сохранившиеся скелеты дилофозавров, и тогда стало ясно, что в тазовой области они больше похожи на целофизов и аллозавров из верхнего триаса и нижнего отдела юрского периода, соответственно.

Подобно многим ранним динозаврам и всем современным птицам, у дилофозавра были мясистые воздушные мешки, переходившие от дыхательной системы к позвонкам. Они придавали им силу и одновременно облегчали скелет. Воздушные мешки обеспечивали однонаправленный поток воздуха через легкие. Иными словами, весь цикл происходит на одном дыхании, как у птиц и крокодиловых. Дыхание такого рода дает животному больше кислорода, чем двунаправленная дыхательная система млекопитающих, у которых воздух то входит в легкие, то выходит. У животных с однонаправленным дыханием выше степень метаболизма, а следовательно, и уровень активности. Так что дилофозавр наверняка был стремительным и проворным охотником.

Томография показала, что воздушные мешки также присутствуют в костях, окружающих мозг динозавра, и совмещены с носовыми пазухами в передней части черепа. У большинства плотоядных динозавров костный гребень создает крышу над отверстиями в черепной коробке перед глазными впадинами, которые называют переднеглазничными. Но у дилофозавра такие отверстия являются продолжением боковой части уникальных гребней, а это говорит о том, что и у гребней тоже имелись воздушные мешки. Гребни наверняка были покрыты кератином, из которого состоят рога, когти и волосы. Возможно, они были нужны для распознавания особей своего вида или в качестве украшения для привлечения партнеров по спариванию. Однако непонятно, как воздушные мешки помогали обеспечивать эти и другие функции гребней.

Одна из проблем при изучении эволюционной истории любого вида состоит в понимании физической вариативности внутри и между таксономическими группами. Уэллс думал, что различные скелеты, которые мы сегодня относим к категории дилофозавров, на самом деле представляют разные виды. Воспользовавшись новейшими средствами кладистического анализа, один из нас (Марш) проверил эту гипотезу, идентифицировав сотни анатомических особенностей в каждом отдельном скелете, и сравнив их друг с другом. Результаты такого статистического анализа показывают, что вопреки предположениям Уэллса, все животные настолько похожи, что они должны представлять не только один класс, но и один вид.

Марш также включил эти анатомические характеристики в более крупный набор данных, в котором дилофозавр сравнивается с другими образцами из разных мест. Это проливает свет на раннюю эволюционную историю и биогеографическое распределение групп динозавров, и позволяет точнее разместить дилофозавра на древе жизни. Теперь мы знаем, что эволюционный разрыв между дилофозавром и его ближайшими известными родственниками значителен, а это означает, что у него есть много других, более близких, но пока не найденных родственников.

Наши представления о дилофозавре становились все более обширными и детальными, и одновременно мы начинали лучше понимать тот мир, в котором он жил. Спуск с утесов Адеи Эйчи в карьер дилофозавров — это как путешествие во времени на 183 миллиона лет назад в раннеюрский период. Тогда в этих местах бродили динозавры, оставляя следы в песчанике на плато Колорадо.

Мощеная поверхность положила конец долгим милям выходов скальных пород, и мы поехали по запущенной и изрытой колеями дороге, идущей по равнине с песчаными дюнами, которые на нашей геологической карте обозначены буквами QAL, что означает «аллювиальные формации четвертичного периода». Именно в таком нанесенном ветром песке в 2014 году застряла наша машина. Подстилающая твердая порода под этими современными дюнами носит название песчаник навахо. Это окаменевшие остатки пустыни, возраст которой составляет 180 миллионов лет. Красные каменистые пустоши Уорд-Террас, как называют эти места, простираются на западе до самого горизонта, упираясь там в районе Флагстаффа в вулканические Пики Сан-Франциско. В северо-западном направлении расположено устье самого популярного в мире геологического объекта Гранд-Каньон.

Эта местность, простирающаяся от песков Уорд-Террас, поймавших в западню наш пикап, и до черных скал Вишну на дне каньона, которые обтачивает своими водами река Колорадо, сохранила для палеонтологов геологическую историю длиной в 1,8 миллиарда лет. Мы стараемся понять жизнь, погребенную в этих породах, а при помощи сохранившихся в них геологических и биологических образцов воссоздаем окружающую среду тех стародавних времен.

Одна из наших целей состояла в том, чтобы точнее определить возраст породы, где был найден дилофозавр. Это так называемая Кайентская свита. Данную формацию образовали реки, озера и ручьи, протекавшие восточнее вулканической арки. Они несли в этот район вулканический пепел и тонкозернистые частицы почвы. Пепел помог сохранить кости дилофозавров и определить возраст Кайентской свиты на раннем этапе ее изучения. Мы собирали новые образцы грунта, чтобы установить его возраст радиометрическими методами. Мы измельчали породу и извлекали из нее кристаллы циркона, который способен сохранить нестабильные изотопы урана. Изотоп урана распадается с постоянной скоростью, превращаясь в свинец. Когда мы лазером испаряем кристаллы и анализируем их масс-спектрометром, по количественному соотношению урана и свинца можно определить время отложения этих геологических слоев. Что касается места раскопок дилофозавров, то там возраст породы составлял 181 миллион лет плюс-минус несколько миллионов.

Таким образом, дилофозавры жили в раннюю эпоху юрского периода, примерно спустя 5-15 миллионов лет после массового вымирания видов в конце триаса, в результате которого погибло примерно три четверти жизни на Земле, в том числе, большинство крупных рептилий, соперничавших с ранними динозаврами за ресурсы. Вероятно, это массовое вымирание было вызвано первоначальным расколом сверхконтинента Пангея, когда северная часть Атлантического океана раскрылась подобно вулканической застежке-молнии. В конце триаса и в раннюю эпоху юрского периода североамериканская тектоническая плита перемещалась в северном направлении из субтропического климата в засушливый климатический пояс. Поэтому ареал обитания дилофозавров переместился с широты современной Коста-Рики на широту сегодняшней северной Мексики. Местность, в которой образовалась Кайентская свита, имела сухие сезоны, а песчаные дюны там мигрировали, перемещаясь то из, то во влажную среду, где благоденствовали эти животные.

Найденные в Кайентской формации ископаемые остатки других организмов показывают, как дилофозавр приспосабливался к этой экосистеме. Это был хищник высшего порядка в том речном оазисе, который он населял. Данный оазис представлял собой окаймленное хвойными деревьями русло реки, протекавшей через песчаное море. Один образец, хранящийся в Техасском университете в Остине, был найден на том же участке, что и два длинношеих травоядных саразавра. Эти динозавры жили бок о бок с более мелкими плотоядными мегапнозаврами и маленькими скутеллозаврами, имевшими броню в виде щитков. Чаще всего в Кайентской свите находят древнюю черепаху кайентахелиса, которая плавала рядом с чешуйчатой и костистой рыбой, пресноводными латимериями и двоякодышащими рыбами. Ранние млекопитающие родственники, включая похожих на бобров тритилодонтов и крысоподобных морганукодонов, тоже могли быть добычей для дилофозавров.

В «Парке юрского периода» показано изображение целого скелета велоцираптора. В реальном мире остатки динозавров обычно находят в виде сломанных, едва различимых фрагментов. Если повезет, ученые могут найти почти целую кость. Когда Марш летом прошлого года опубликовал комплексное анатомическое исследование дилофозавра, это животное стало наиболее подробно описанным динозавром раннеюрского периода. Но ушли десятилетия, прежде чем были найдены дополнительные фрагменты, позволившие заполнить ниши и получить полное представление об анатомии дилофозавра. И целые поколения палеонтологов занимались исследованием и толкованием костей.

В этой работе чрезвычайно важную роль играют музеи. В представлении публики музей — это хорошо освещенная галерея с экспонатами. Однако важнейшее предназначение музея естествознания — это проведение исследований в мире природы. В этих целях данные учреждения создают крупные коллекции образцов, которые служат свидетельством научных исследований. Коллективы специально обученных хранителей коллекций, реставраторов и архивариусов тщательно регистрируют, описывают и сохраняют образцы, чтобы исследователи всегда могли воспользоваться этими коллекциями в своей работе. Повторяемость результатов — это основополагающий принцип научных исследований. Другие ученые должны иметь возможность подтвердить наши выводы. В палеонтологии это означает, что окаменелости надо хранить в музеях, дабы будущие поколения ученых могли возвращаться к хранящимся там образцам и перепроверять результаты наблюдений.

Навахо-Нейшн сотрудничает с музеями, которые хранят ископаемые остатки, в целях сохранения не только самих костей, но и относящихся к ним архивов и данных. В 2015 году, когда мы решили перенести место раскопок, где был найден первый дилофозавр, нам посчастливилось познакомиться с Джоном Уилли (John Willie), родственником индейца навахо Джесси Уильямса, который в 1940 году нашел первые кости. Уилли пришел к нам на место раскопок и объяснил, что уникальные природные ресурсы Навахо-Нейшн чрезвычайно важны для его племени. Навахо-Нейшн — это одно из лучших в мире мест, где можно изучать горные породы начала мезозойской эры, и департамент полезных ископаемых резервации активно помогает ученым, в том числе, выдавая разрешения на проведение полевых работ, передавая им окаменелости для изучения и рецензируя научные рукописи.

Научное понимание формируется на базе прежних знаний, которые постоянно расширяются и подвергаются переоценке. Иногда это сопровождается опровержением старых представлений. Очень интересно наблюдать, когда эта полученная ценой большого труда информация просачивается в поп-культуру. Палеонтология поддерживает тесные связи с кинематографом с момента его зарождения. Снятый в 1914 году Уинзором Маккеем фильм «Динозавр Герти» начинается с того, что художник с друзьями посещает Американский музей естественной истории в Нью-Йорке, где они осматривают скелет динозавра завропода. Маккей заключает пари с другом, что сможет оживить динозавра. В результате на экране появился первый динозавр. Маккей консультировался с палеонтологами из музея, которые давали ему советы по воссозданию Герти. Позже открывший тираннозавра Барнум Браун (Barnum Brown) давал консультации Уолту Диснею, когда тот снимал мультипликационный фильм «Фантазия», вышедший в 1940 году. А студия, снявшая в 1954 году «Годзиллу», конструируя своего монстра, искала вдохновение во фреске «Эпоха рептилий» Рудольфа Цаллингера, хранящейся в музее естественной истории Пибоди в Йельском университете. Поскольку в 2022 году должен выйти шестой фильм франшизы «Парк юрского периода», мы с нетерпением ждем, как там будет представлена палеонтология.

Но случается и обратный процесс. Поп-культура тоже просачивается в науку, иногда буквально. Лэнгстон как-то рассказывал, что в 1930-х и 1940-х годах ученые, восстанавливавшие ископаемые остатки в Калифорнийском университете в Беркли, растворяли в ацетоне пленку из ацетатной целлюлозы, чтобы сделать из нее клей вместо дорогого магазинного. Так что, да, дилофозавр попал в кино, это несомненно. Но и кино тоже немножко попало в дилофозавра.