Jak prześcignąć dinozaura

W pełni wyrośnięty Tyrannosaurus rex był absurdalnie ogromny i absurdalnie potężny. Miał rzędy zębów, które mogły przebić się przez kość Triceratopsa, mógł wyrzucać szczękami kawałki mięsa wielkości człowieka na wysokość 16 stóp w powietrze, był tak wysoki jak żyrafa i przy wadze 9 ton był tak ciężki jak słoń. A jednak, jeśli go zobaczysz, powinieneś być tylko lekko zaniepokojony. Eric Snively, biolog z Oklahoma State, który bada biomechanikę dinozaurów, powiedział mi, że Tyrannosaurus rex miał proporcjonalnie więcej mięśni potrzebnych do poruszania się niż prawie każde zwierzę, które kiedykolwiek żyło. A jednak prawdopodobnie mógłbyś od tego uciec, ponieważ tyranozaur nie mógł biegać.

Zapytałem Johna R. Hutchinsona, głównego autora pracy w Nature zatytułowanej „Tyrannosaurus Was Not a Fast Runner”, jak wyglądałaby wydajność tyranozaura w wyścigu. „Krótkodystansowy jogging to najlepsze, czego moglibyśmy się spodziewać” – powiedział. „I to też nie przy szybkim starcie.”

Niewiarygodnie potężny, długonogi Tyranozaur był powolny z tego samego matematycznego powodu, dla którego jego upadek w szybie kopalni był tak gwałtowny. Podobnie jak w przypadku powierzchni, wytrzymałość kości zwiększa się do kwadratu w miarę wzrostu objętości. W rezultacie, gdy zwierzę zwiększa swoje rozmiary, potrzebuje proporcjonalnie więcej mięśni i kości nóg, by stać, poruszać się i biegać. Po przekroczeniu pewnego rozmiaru, to ostatnie staje się fizycznie niemożliwe. Przy całej swej muskularnej masie, kości nóg Tyrannosaurusa rexa roztrzaskałyby się pod wpływem czegokolwiek więcej niż stresu związanego z szybkim biegiem. Sądząc po jego masie, mięśniach i kościach, Snively nie sądzi, by dorosły Tyrannosaurus rex mógł poruszać się szybciej niż 12 czy 13 mil na godzinę. (Choć 12 mil na godzinę zbliża się do maksymalnej prędkości typowego człowieka, w zależności od kondycji – równa się to 20-sekundowemu biegowi na 100 metrów lub 5-minutowej mili – powolne przyspieszenie T. rexa i inspirujące zęby dałyby przeciętnemu biegaczowi rozsądną szansę na wyprzedzenie lub wymanewrowanie zdrewniałego drapieżnika.)1

Oczywiście, Tyrannosaurus rex nie byłby twoim jedynym zmartwieniem. Liczne mięsożerne dinozaury różnej wielkości mogłyby zainteresować się przekąszaniem ciebie, a to, czy udałoby ci się je wyprzedzić, znów zależy od ich wagi.

Trzy lata temu biolog Myriam Hirt, która bada ruch zwierząt w niemieckim Centrum Badań nad Bioróżnorodnością, zadała pozornie proste pytanie: Dlaczego jest tak, że największe, najpotężniejsze zwierzęta – wieloryby, słonie i nosorożce – nie są najszybsze, podczas gdy najmniejsze – myszy, nornice i stonogi – są jednymi z najwolniejszych? Czy implikacja, że istnieje optymalny rozmiar dla prędkości?

Odpowiedź, Hirt znalazł, jest tak. Jeśli były projektowanie zwierzęcia do prędkości, że zwierzę powinno ważyć około 200 funtów. Nieco cięższy dla pływaka, a nieco lżejszy dla flyer.

Hirt znalazł dokładny paraboliczny związek między wielkością i prędkością, która nie tylko sugeruje, że trzeba się bać średnich dinozaurów najbardziej, ale także, że nie należy się bać największych w ogóle. Powód, ona mówi mi, jest wynikiem współdziałania między mocą, przyspieszeniem i metabolizmem, który napędza oba.

Najwyższa prędkość zwierzęcia, Hirt znalazł, jest punktem spotkania dwóch czynników. Pierwszym z nich jest całkowita moc mięśni zwierzęcia, które skaluje proporcjonalnie do jego masy. Ale drugi jest jego zdolność do przyspieszenia, że masa, która nie skaluje. Przyspieszenie jest uzależnione od beztlenowej siły mięśniowej lub energii ATP zmagazynowanej we włóknach mięśniowych. Te tak zwane mięśnie szybkoskurczowe wytwarzają szybkie, silne skurcze potrzebne do przyspieszenia, ale szybko się wyczerpują. A ich pojemność jest określana przez metabolizm.

Z powodów, które nie są całkowicie zrozumiałe, produkcja energii (metabolizm) zwierzęcia zmniejsza się proporcjonalnie do jego masy (dokładniej, zmniejsza się do potęgi 0,75). Gdybyśmy mieli metabolizm proporcjonalny do metabolizmu myszy, musielibyśmy zjadać około 25 funtów jedzenia dziennie. Zamiast tego zjadamy tylko około czterech. Większe zwierzęta są zatem silniejsze i bardziej wydajne, ale produkują proporcjonalnie mniej energii, aby przyspieszyć i pokonać ich inercję.

Tworząc prosty wzór, który reprezentuje tę równowagę, Hirt przewidział prędkości zwierząt w oparciu o nic, ale ich wagi. Kiedy umieściła go na wykresie obok zmierzonych prędkości współczesnych zwierząt, wynik wyglądał mniej więcej tak:

Najbardziej intrygująco (przynajmniej dla naszych celów), odkrycie Hirta pozwoliło jej przewidzieć prędkości największych dinozaurów. Kiedy wstawiła wagi dinozaurów do swojego wzoru, oto co znalazła:

Dzięki ograniczeniom metabolizmu i masy, możemy wyeliminować każdego dinozaura powyżej około 6000 funtów jako drapieżne zagrożenie. Prawdopodobnie nie ma żadnego zwierzęcia tej wielkości lub większego, ani dziś, ani w żadnym momencie w historii, którego młody, dobrze przygotowany człowiek nie mógłby wyprzedzić.

Niestety, istnieje wiele drapieżnych zagrożeń, które ważą znacznie mniej. Odkrycie Hirta ujawnia ograniczenie prędkości największych dinozaurów, ale poniżej tej granicy wielkość zwierzęcia nie jest jedynym wyznacznikiem jego prędkości. Jasne jest, że dwa gatunki o mniej więcej tej samej wadze – takie jak, powiedzmy, człowiek i gepard – mogą biegać z dramatycznie różnymi prędkościami w zależności od budowy ich ciała. Zanim włożysz buty do biegania, musisz znać dokładną prędkość swojego przeciwnika. Musisz wiedzieć, czy możesz wyprzedzić dinozaura w oddali, czy też stawiasz swoje życie na wyścig z gadzim biegaczem.

Ale jak określić dokładną prędkość wymarłego gatunku w oparciu o nic innego, jak tylko kości i kilka skamieniałych odcisków stóp?

Na szczęście, w badaniu opublikowanym w maju w PLOS One, grupa naukowców kierowana przez paleontologa Alexandra Dececchi zdołała oszacować prędkości 71 różnych dinozaurów, łącząc dane Hirta z równaniem opracowanym przez brytyjskiego zoologa Roberta Alexandra. (W 1976 roku Alexander dokonał niezwykłej obserwacji, że każde zwierzę od fretki po nosorożca biega z dynamicznie podobnym chodem, co jest terminem inżynierskim używanym, gdy ruchy mogą być takie same po prostu przez zmianę ich skali, jak wahadła o różnych rozmiarach. Podobnie jak można rozwiązać częstotliwość wahadła, jeśli zna się jego długość i kąt, odkrycie Alexandra umożliwiło naukowcom oszacowanie prędkości biegu dinozaura na podstawie niczego innego jak wysokości bioder i długości kroku.)

Niestety, jest to nie więcej niż przybliżona formuła z możliwością poważnego błędu, mówi mi Hutchinson. Na przykład obliczenia Dececchiego sugerują, że mięsożerny Albertosaurus poruszał się z prędkością 22 mil na godzinę. To dałoby ci pewną możliwość ucieczki. Ale jest szansa, że biega on bardziej jak gepard. W tym przypadku … ¯(ツ)_/¯

Niemniej jednak, odkrycia Alexandra i Hirta dostarczyły intrygujących spostrzeżeń na temat zachowania dinozaurów, ich atletyzmu i ewolucji. Porównując długość kroku Tyranozaura, jego wagę i prędkość biegu, badania Dececchi’ego wykazały, że Tyranozaur nie wykształcił swoich długich nóg, by zwiększyć prędkość. Okazało się, że jego prędkość była już ograniczona przez jego zdolność do przyspieszania. Zamiast tego Tyranozaur wyewoluował z długich nóg, by poprawić wydajność i wytrzymałość swojego chodu. Ich wyniki sugerują, że gdybyś podróżował w czasie do epoki dinozaurów, T. rex nie mógłby cię prześcignąć, ale mógłby cię prześladować jak Jason Voorhees z późnej kredy. (Choć Snively powiedział mi, że prawdopodobnie nie, ponieważ w pełni rozwinięty Tyrannosaurus rex polował na znacznie większe ofiary, takie jak Edmontosaurus czy Triceratops.)

Z szacunków Dececchiego wynika jednak jasno, że inne mięsożerne zagrożenia byłyby trudniejsze do ominięcia. Istnieje zbyt wiele średniej wielkości, szybkich i niebezpiecznych mięsożerców, by stworzyć kompletne kompendium. Możemy jednak posłużyć się kilkoma gatunkami jako przykładami. Jeśli dinozaur, którego widzisz, ma podobne wymiary ciała do tych wymienionych poniżej, spodziewaj się podobnych osiągów atletycznych.

Dromaeosauridae (aka raptory) | Łagodnie niepokojące.2

Albertosaurus | Niepokojące.

Deltadromeus | Bardzo niepokojące.

Bez jesteś w rywalizacji o złoty medal lub są, co najmniej, szybki sprinter amator, wszystkie te dinozaury atletycznie przewyższają cię. Jednak nie wszystko jest stracone, jeśli któryś zaatakuje. Badania pościgów między gepardem i impalami oraz lwami i zebrami dowodzą, że zwierzę ofiarne, takie jak ty, ma kilka znaczących zalet.

Alan Wilson, profesor Royal Veterinary College na Uniwersytecie Londyńskim, który bada biomechanikę lokomotoryczną, przymocował akcelerometry do tych drapieżników i ich ofiar, aby obliczyć ich dokładną prędkość, zwinność i taktykę w pościgu – i odszedł z zachęcającymi wynikami. Jego pomiary sugerują, że gepard jest w stanie biec z prędkością co najmniej 53 mil na godzinę, podczas gdy jego ofiara impala osiąga prędkość zaledwie 40 mil na godzinę. Podobnie lew może osiągnąć 46 mil na godzinę, podczas gdy zebra biegnie tylko 31. Ale pomimo znacznego deficytu prędkości, zarówno impala, jak i zebra z powodzeniem uciekają swoim prześladowcom w dwóch na trzy pościgi. I chociaż lew jest szybszy od impali, jego wskaźnik schwytania jest na tyle niski, że nie będzie nawet próbował gonić jej na otwartym terenie. Wyniki badań Wilsona sugerują, że ścigający dinozaur nie może cię złapać, chyba że jest znacznie szybszy.

Ale to tylko wtedy, gdy wiesz, jak biegać. Jeśli po prostu uciekasz z maksymalną prędkością przed tymi gadami, opuścisz erę mezozoiczną jako koprolit. Zamiast tego, aby skutecznie uciec bardziej atletycznemu prześladowcy, musisz biegać mądrze. Musisz stosować taktykę. A przede wszystkim, musisz być nieprzewidywalny.

Gdy akcelerometr Wilsona zmierzył prędkości impali uciekających przed gepardami, odkrył, że podczas gdy są one zdolne do oszałamiającej prędkości 40 mil na godzinę, w wyścigu o życie prawie nigdy nie biegły szybciej niż 31. Wyjaśnieniem tego zaskakującego wyniku, jak wynika z jego badań, jest fakt, że przy najwyższej prędkości zwierzę poświęca zwrotność. Ich kąty skrętu zwiększają się przy większych prędkościach, a zatem ich trajektoria jest o wiele bardziej przewidywalna. Aby skutecznie uciec ścigającemu gepardowi, lub w tym przypadku dinozaurowi, musisz sprawić, by prześladowca nie mógł przewidzieć twojego kursu. Wymaga to ostrych, nagłych zwrotów, które możesz wykonać tylko przy zmniejszonej prędkości.

Kiedy Wilson podłączył sportowe parametry drapieżnika i ofiary do modelu komputerowego i przeprowadził symulacje, znalazł dwie proste taktyki, które ścigani muszą zastosować. Po pierwsze, gdy dinozaur zacznie cię gonić, często zmieniaj kurs, ale nie zwalniaj. Duża prędkość zbliżania się drapieżnika spowoduje spóźnione reakcje i w efekcie nieefektywną trasę. Po drugie, gdy drapieżnik zbliży się na odległość dwóch lub trzech kroków, gwałtownie zwolnij, skręć ostro i przyspiesz. Gdy manewr ten wykonasz w odpowiednim momencie, szybsza prędkość prześladowcy spowoduje szerszy skręt i utratę jednego lub dwóch kroków z tempa. Kiedy go dogoni, zrób to jeszcze raz.

Twój cel jest taki sam jak impali: Kupić czas. Będziesz miał przewagę wytrzymałościową. Ostatnie badania, takie jak Dececchi, sugerują, że niektóre gatunki dinozaurów mogły posiadać niezwykłą wytrzymałość jak na swoje rozmiary – ale twoje sprężyste biodra, rozciągliwe ścięgna Achillesa i wydajne systemy chłodzenia czynią cię jednym z najlepszych biegaczy wytrzymałościowych, jakich stworzyła natura. Im dłuższy wyścig, tym większe masz szanse.

W pewnym niefortunnym momencie jednak, sportowa dysproporcja narusza pewien próg i żadna ilość prawidłowo wymierzonych skrętów nie wystarczy. Stanie się tak, jeśli staniesz do walki z tym, co według Snively’ego będzie twoim najgroźniejszym prześladowcą – tym samym Tyrannosaurusem rexem, o którym już rozmawialiśmy, ale z jedną istotną różnicą. Snively twierdzi, że to nie największych, pełnoletnich T. rexów należy się obawiać. Chodzi o młode osobniki.

Czternastoletni Tyrannosaurus rex. | Przerażające.

W przeciwieństwie do większości zwierząt, T. rex nie jest najszybszy jako osobnik dorosły. Zamiast tego osiąga szczytową prędkość w młodości, zanim zostanie spowolniony przez swoją ogromną masę. Na 14 jest stosunkowo lithe na 2,000 funtów, ma szacunkową prędkość 33 mil na godzinę, i już ma szczęki wystarczająco silne, aby przedrzeć się przez kości. Młody T. rex jest bardziej skłonny do ataku, ponieważ w przeciwieństwie do dorosłego, który polował na ważące 7000 funtów dinozaury kaczodziobe i pięciotonowe Triceratopsy, nastoletni Tyranozaur prawdopodobnie zjadł zwierzęta twojej wielkości.

Jeśli nie jesteś sprinterem olimpijskim, w którym to przypadku możesz mieć szanse jak impala, możesz być zmuszony uciec się do innych sposobów ucieczki. Może ci się przydać szczęście w postaci małej jaskini, do której możesz się wcisnąć, albo gęstego chaszczy, w którym możesz zanurkować na główkę. Możesz też sam sobie zapewnić szczęście, prowadząc tyranozaura w pułapkę. Spróbuj położyć koc z zarośli nad wodopojem, dołem wyłożonym palami lub, jeśli wolisz efekt erupcji, nad bardzo głębokim szybem kopalnianym.

Ilustracje Cody Cassidy. Charts by Myriam Hirt, Cody Cassidy, Wired Staff

More Great WIRED Stories

• Linkin Park T-.koszulki są modne w Chinach

• Przewodnik matematyka po tym, jak rozprzestrzenia się zaraza

• Medialne potwory w narodowym dialogu

• Jak uzyskać funkcje prywatności Safari w Chrome i Firefoksie

• 15 masek na twarz, które faktycznie lubimy nosić

• 👁 Przygotuj się na to, że AI będzie produkować mniej czarodziejskich rozwiązań. Plus: Zdobądź najnowsze wiadomości o AI

• 🎙️ Posłuchaj Get WIRED, naszego nowego podcastu o tym, jak realizuje się przyszłość. Catch the latest episodes and subscribe to the 📩 newsletter to keep up with all our shows

• 🎧 Things not sounding right? Sprawdź nasze ulubione słuchawki bezprzewodowe, soundbary i głośniki Bluetooth

Jeśli kupisz coś, korzystając z linków w naszych historiach, możemy zarobić prowizję. Pomaga to wspierać nasze dziennikarstwo. Dowiedz się więcej.