Все новости

Cтраусу приделали пластиковые крылья, чтобы тот полетел как динозавр. Но он так и не взлетел :(

На примере пластиковой модели небольшого динозавра каудиптерикса, а также юного страуса с закрепленными на спине искусственными крыльями ученые продемонстрировали, как могла выглядеть первая стадия эволюции полета. Вибрация, которая передавалась от двигающихся ног, спровоцировала непроизвольные маховые движения крыльев, которые затем, вероятно, превратились во вполне осознанные попытки взлететь.
Эксперимент со страусом и искусственными крыльями PLOS Computational Biology
Описание
Эксперимент со страусом и искусственными крыльями
© PLOS Computational Biology

Вопрос о том, как динозавры научились летать, — один из самых спорных в палеонтологии. Одни ученые предполагали, что полет начался со взлета: согласно ряду гипотез, будущие летающие динозавры передвигались по земле бегом или прыжками и крылья были нужны им лишь для того, чтобы сохранять равновесие. Прыжки становились все длиннее, крылья крепли и требовались все чаще, и таким образом этот бег с прыжками однажды превратился в полет. Согласно другой гипотезе, полет динозавов начался с падения: они планировали вниз с возвышенностей — например, во время охоты или скрываясь от хищников среди деревьев. В первом случае полет должен был начаться со взмахов крыльями, а во втором, соответственно, с планирования.

Читайте также: Археоптерикс оказался летуном на короткие дистанции

Авторы новой работы — сторонники первой, «взлетной» теории. Они предполагают, что предпосылки к полету возникли во время быстрого бега. Из-за вибраций, причиной которых были быстро двигающиеся конечности, крылья динозавров сперва двигались непроизвольно, и уже потом динозавры догадались, что эти движения можно применять с большей пользой.

Проверить эту гипотезу ученые решили на примере небольшого динозавра каудиптерикса, который жил в раннем меловом периоде около 125 миллионов лет назад. У каудиптерикса были относительно короткие крылья с прямыми перьями, с помощью которых тот не мог летать. Основываясь на характеристиках пяти описанных особей этого динозавра, ученые приняли его среднюю массу за 5 килограммов, а максимальную скорость бега оценили в 8 м/с.

Реконструкция каудиптерикса
Описание
Реконструкция каудиптерикса

Сначала исследователи создали модель того, как разные части тела каудиптерикса вели себя во время бега. Для этого авторы работы воспользовались теорией эффективной модальной массы, которую применяют, в частности, при оценке сейсмоустойчивости зданий. Она объясняет, как колебания от основы какого-либо объекта передаются его частям. Если эти колебания входят в резонанс с собственной частотой другой части объекта, то амплитуда колебаний значительно увеличивается.

Для упрощения авторы работы представили динозавра в виде семи частей: тела, двух ног, двух крыльев, хвоста и шеи с головой. Для экспериментов подобрали несколько разных соотношений масс каждой из частей, но в сумме они всегда равнялись заданным 5 килограммам.

Семичастная модель бегущего каудиптерикса
Описание
Семичастная модель бегущего каудиптерикса

Ноги в данном случае представляли собой основу, от которой колебания остальным частям тела передавались только в вертикальном направлении. Вибрациями в горизонтальном или иных направлениях ученые пренебрегли. Расчеты показали, что крылья каудиптерикса должны непроизвольно взмахивать при скорости бега в 2,5 и 5,8 м/с.

Расчет модальной эффективной массы каудиптерикса. На графике видны два пика для скоростей, при которых крылья динозавра начинают активно двигаться
Описание
Расчет модальной эффективной массы каудиптерикса. На графике видны два пика для скоростей, при которых крылья динозавра начинают активно двигаться

Далее ученые решили подтвердить свои расчеты при помощи экспериментов на специально сконструированной пластиковой модели. Ученые собрали ее из тех же семи условных частей, каждая из которых была напечатана из АБС-пластика. Когда такой робот-каудиптерикс достигал скорости 2,31 м/с, то есть близкой к первому показателю из математических расчетов, то амплитуда движения его крыльев начала расти и это все больше стало напоминать взмахи.

''

От экспериментов с пластиковым динозавром ученые перешли к страусам, которые похожи на нужных динозавров больше, чем остальные доступные для исследований современные птицы. В опытах задействовали юного страуса массой 6,7 килограмма. Ему на спину прикрепили специальное устройство с крыльями, имитирующими крылья каудиптерикса.

''

Кроме перьев на крыльях были закреплены датчики, которые фиксировали скорость страуса, углы, на которые наклоняется его тело во время бега, а также силу, с которой крылья поднимались во время бега. Чтобы опробовать разные аэродинамические условия, ученые протестировали четыре таких устройства с разными параметрами крыльев.

Разные типы крыльев, которые ученые использовали в своем эксперименте со страусом
Описание
Разные типы крыльев, которые ученые использовали в своем эксперименте со страусом

Опыты со всеми вариантами искусственных крыльев также подтвердили, что, когда страус развивал определенную скорость, искуственные крылья у него на спине начинали двигаться, совершая «протовзмахи». Хотя каудиптериксы и им подобные нелетающие динозавры вряд ли взлетали в результате подобных движений, но, как считают ученые, это все же помогло эволюции полета. Авторы статьи также замечают, что результаты их работы подтверждают, что маховые движения у предков птиц появились раньше, чем планирующие.

Далее ученые планируют выяснить, какую подъемную силу могли развивать такие пассивные движения крыльев и не могло ли это, в свою очередь, спровоцировать возникновение полета у динозавров.

Это не первый случай, когда ученые, пытаясь уточнить что-то в движении динозавров, используют в качестве модельного организма птицу «с пристройкой». Так, в 2014 году группа исследователей заставила курицу ходить «по-динозаврьи», оборудовав ее искусственным хвостом.

''

 Наиль Фарукшин