Динозаври з обкладинки Science.
Питання про кількість тих, хто жив колись на території Америки, тираннозаврів Чарльз Маршалл (Charles Marshall) ставив собі і колегам-палеонтологам протягом багатьох років, але для того, щоб хоч трохи наблизитися до відповіді, йому довелося набрати команду і провести власне дослідження.
Підсумком роботи стала стаття, опублікована в журналі Science.
Маршал і його колеги вважають, що одноразово жило близько 20 000 дорослих тираннозаврів (Tyrannosaurus rex). І це означає, що за час існування виду (приблизно два з половиною мільйони років) існувало близько 2,5 мільярда особин.
Досі нікому не вдавалося вирахувати чисельність давно вимерлих тварин, а Джордж Гейлорд Сімпсон, один з найпомітніших палеонтологів минулого століття, вважав, що це зовсім неможливо.
Професор Каліфорнійського університету в Берклі Чарльз Маршалл розповідає:
"Коли тримаю в руці скам'янілість, я не можу не дивуватися тому, що це та істота, що жила мільйони років тому, і ось я тримаю частину його скелета - це здається неймовірним. У моїй голові весь час вертілося питання: наскільки воно рідкісне? Одна з тисяч, одне з мільйона, з мільярда? І тоді я почав замислюватися, що, можливо, ми дійсно здатні оцінити, скільки їх було ".
Маршалл особливо відзначає, що точність підрахунку поки невелика. 20 000 дорослих особин одноразово - найбільш реалістична оцінка, але є ймовірність, що чисельність коливалася в проміжку між 1300 і 328 000 особин. Таким чином, загальна кількість особливостей, що існували протягом життя виду, могла становити від 140 мільйонів до 42 мільярдів.
«Як зауважив Сімпсон, дуже важко робити кількісні оцінки на основі викопного літопису, - продовжує Маршалл. - У нашому дослідженні ми зосередилися на визначенні надійних обмежень для змінних, необхідних у наших розрахунках, а не на отриманні максимально точних оцінок як таких».
Маршал і його команда застосували моделювання з використанням методу Монте-Карло, щоб визначити, як невизначеність у даних співвідноситься з невизначеністю в результатах.
Найбільша невизначеність у цих цифрах, за словами Маршалла, зосереджена навколо питань про екологію динозавра, в тому числі про те, наскільки він був теплокровний. Робота спирається на матеріали, опубліковані Джоном Дамутом (John Damuth) з Каліфорнійського університету в Санта-Барбарі (UC Santa Barbara), що зв'язують масу тіла з щільністю популяції тварин. Хоча цей зв'язок сильний, зауважує дослідник, екологічні відмінності призводять до великих коливань щільності популяції для тварин зі схожою фізіологією та екологічною нішею. Наприклад, ягуари і гієни приблизно однакового розміру, але гієни зустрічаються у своєму середовищі проживання в 50 разів частіше, ніж ягуари у своєму.
«Наші розрахунки побудовані на цій залежності, справедливій для нині існуючих тварин, між їх масою тіла і щільністю популяції, але невизначеність для цього зв'язку охоплює близько двох порядків величини, - сказав Маршалл. - Дивно, але в наших оцінках переважає невизначеність екологічної мінливості, а не невизначеність палеонтологічних даних, які ми використовували».
При розрахунках Маршалл розглядав тираннозавра як хижака з енергетичними потребами на півдорозі між левом і комодським вараном.
Питання про місце T. rex в екосистемі привів Маршалла і його команду до ігнорування неполовозрілих особин вивчуваного динозавра. Вони і недостатньо повно представлені в викопному літописі і, що важливо в контексті дослідження, швидше за все жили окремо від дорослих і переслідували іншу здобич. Коли тираннозавр досягав зрілості, його щелепи ставали на порядок сильнішими, що дозволяло йому дробити кістки. Це говорить про те, що молоді і дорослі особини харчувалися різною здобиччю і проявляли себе як різні види хижаків.
Цей погляд підтверджується недавнім дослідженням, проведеним еволюційним біологом Феліцією Сміт (Felicia Smith) з Університету Нью-Мексико, яка припустила, що відсутність хижаків середнього розміру поряд з масивними хижими тираннозаврами в пізньоміловому періоді викликано тим, що ювенільні тираннозаври зайняли цю екологічну нішу.
Що говорять і про що замовчують скам'янілості
Робота фахівців Каліфорнійського університету в Берклі заснована на матеріалах минулих досліджень. Палеонтологи вважають, що статева зрілість тираннозавра настала у віці 15,5 років, а максимальна тривалість життя була, ймовірно, близько двадцяти років; середня маса тіла дорослої особини - близько 5200 кг, або 5,2 тонни (максимум - до семи тонн). Знадобилися і дані про те, як швидко T. rex зростав протягом життя: у нього був стрибок зростання в період досягнення статевої зрілості.
Виходячи з цих оцінок вчені вважали, що зміна поколінь відбувалася кожні 19 років. Середня щільність популяції становила близько одного динозавра на кожні 100 квадратних кілометрів.
Площа проживання T. rex становила близько 2,3 мільйона квадратних кілометрів, вид існував приблизно два з половиною мільйони років, таким чином передбачуваний постійний розмір популяції можна оцінити в 20 000 особин. В цілому змінилося близько 127 000 поколінь даного виду, що в цілому склало близько 2,5 мільярда особин.
Так багато статевозрілих динозаврів за всю історію виду, не кажучи вже про молодь, яка, мабуть, була помітно більш численною, - і куди поділися всі їхні кістки? Яка частка збережених скам'янілостей виявлена палеонтологами? На сьогоднішній день знайдено менше 100 особин T. rex, багато з яких представлені однією скам'янілою кісткою.
«Сьогодні в державних музеях налічується близько 32 відносно добре збережених постювенільних особин тираннозавра рекса, - говорить Маршалл. - З усіх дорослих особин, які коли-небудь жили, до нас дійшли останки приблизно однієї з 80 мільйонів».
Маршалл очікує, що його колеги можуть причепитися до багатьох цифр у його роботі, якщо не до більшості, але вважає, що використаний для оцінки вимерлих популяцій підхід встоїть перед критикою і буде корисний для оцінки популяцій інших вимерлих істот.
"У певному розумінні це була палеонтологічна вправа в тому, як багато ми можемо знати і як ми це дізнаємося, - підсумовує дослідник. - Дивно, як багато ми насправді знаємо про цих динозаврів і, виходячи з цього, наскільки більше ми можемо вирахувати. Наші знання про тираннозавру так сильно розширилися за останні кілька десятиліть завдяки великій кількості скам'янілостей, великій кількості способів їх аналізу і кращим способам інтеграції інформації про численні відомі скам'янілості ".
Метод Маршалла можна застосовувати і для оцінки того, скільки видів палеонтологи ще не відкрили.
"Тепер ми можемо почати оцінювати, скільки короткоживучих, географічно спеціалізованих видів ми упустили в викопному літописі. Це може бути способом почати кількісно оцінювати те, чого ми не знаємо ".