Палеонтологи добились больших успехов в понимании того, как вымершие животные, такие как динозавры, ходили, бегали, плавали и летали, когда они были живы, но многое о механике того, как двигались различные виды, остается неопределенным. Новое исследование, проведенное исследователями из Университета Брауна, предлагает новый взгляд на эту давнюю загадку.

Исследование, опубликованное в понедельник, 8 февраля, в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, использовало инновационную технологию трехмерной визуализации, разработанную в Брауне под названием X-ray Reconstruction of Moving Morphology-или XROMM—для разработки метода, который мог бы открыть новые идеи о том, как двигались динозавры и другие животные.

"Объединив новейшие технологии для изучения движения суставов с беспрецедентным количеством данных о позах суставов, мы обнаружили удивительную новую информацию, которая улучшит реконструкцию локомоции у вымерших животных", - сказала Армита Манафзаде, доктор философии в области экологии и эволюционной биологии в Брауне и ведущий автор исследования.

И улучшение способности ученых изучать биомеханику животных важно, говорит Манафзаде, потому что знание того, как двигались отдельные виды, может быть использовано для углубления понимания основных эволюционных переходов и трансформаций, "например, как животные с костями вышли из воды и начали ходить по земле, как они перешли от ходьбы на четырех ногах к двум и как эволюционировал полет."

Традиционные методы изучения того, как ходили вымершие животные, опираются на процесс элиминации. Ископаемые кости подгоняются друг к другу и манипулируются, чтобы определить подвижность сустава—все позы, которые можно принять, не натыкаясь друг на друга или не разваливаясь. Но поскольку этот подход исключает только то, что суставы не могли двигаться, ученые должны обратиться к другим источникам данных—моделям опорно—двигательного аппарата, измерениям дорожек, роботизированным моделям-чтобы выяснить, как суставы животного реально двигались в жизни. Короче говоря, этот подход имеет свои ограничения.

Чтобы определить, действительно ли данные о подвижности суставов могут быть более информативными, чем предполагают палеонтологи, Манафзаде работал с двумя коллегами: Стивеном М. Гейтси, профессором биологии Брауна и содиректором проекта разработки технологии XROMM; и Робертом Камбиком, который получил докторскую степень от Брауна, будучи студентом в лаборатории Гейтси, а теперь работает в Центре изучения движений Института Кеннеди Кригера и на кафедре неврологии Медицинской школы Университета Джона Хопкинса.

Используя технологию 3d-визуализации XROMM, исследователи разработали исследование с участием двух живых животных-гвинейской птицы в шлеме и американского аллигатора, которые тесно связаны с вымершими динозаврами. Исследователи сняли рентгеновские снимки животных, ходящих и манипулирующих конечностями, сделали компьютерную томографию скелетов, а затем с помощью рентгенограммы измерили почти 600 000 поз суставов. Исследователи нанесли эти позы на трехмерные карты подвижности суставов.

Манафзаде и ее коллеги были взволнованы, обнаружив последовательные паттерны, которые связывают подвижность суставов со специфическими позами, используемыми во время передвижения у птиц и аллигаторов. Эти паттерны, говорят они, могут быть применены для более точной реконструкции циклов ходьбы и бега животных, которые больше не бродят по земле.

"Благодаря этим моделям использования поз оказывается, что то, что динозавры не могли сделать со своими суставами, даст нам некоторые важные подсказки о том, как они ходили", - сказал Манафзаде. "Более того, эта информация была прямо перед нами, скрытая в данных, которые палеонтологи уже собирают. Мы просто еще не знали, как это оценить."

Исследователи говорят, что их уверенность в паттернах подкрепляется сотнями тысяч совместных поз, которые они смогли измерить и проанализировать. "Теперь мы можем продолжить будущие исследования, чтобы выяснить, насколько широки эти паттерны, как они развивались и почему", - сказал Гейтси.

Они также надеются, что будущие исследования примут их новый подход, чтобы помочь определить, могут ли подобные ограничения движения также применяться к другим вымершим животным, таким как ранние млекопитающие; другим суставам, таким как передние конечности; и другим способам передвижения, таким как полет.

"Мы дали нашим коллегам инструменты для улучшения их реконструкций вымерших животных и проверки того, соответствуют ли их существующие гипотезы о локомоции тем моделям, которые мы находим", - сказал Манафзаде. "Но наша следующая большая цель-выяснить, почему эти модели существуют."

ИСТОЧНИК