Pachycephalosauria ( / ˌ p æ k ɪ s ɛ f əl ə ˈ s ɔː r i ə , - ˌ k ɛ f - / ; [2] от греч. παχυκεφαλόσαυρος для «толстоголовые ящеры») — клад птицетазовых динозавров . Вместе с Ceratopsia он составляет кладу Marginocephalia . За исключением двух видов, большинство пахицефалозавров жили в позднем меловом периоде, датируемом примерно 85,8 и 66 миллионами лет назад. [3] Они обитают исключительно в Северном полушарии , все они были найдены в Северной Америке и Азии. Все они были двуногими , травоядными / всеядными животными с толстыми черепами. Черепа могут быть куполообразными, плоскими или клиновидными в зависимости от вида, и все они сильно окостеневшие. Купола часто были окружены узлами и/или шипами. Были найдены частичные скелеты нескольких видов пахицефалозавров, но на сегодняшний день не было обнаружено ни одного полного скелета. Часто изолированные фрагменты черепа являются единственными костями, которые были найдены. [4]
Кандидатами на звание самого раннего известного пахицефалозавра являются Ferganocephale adenticulatum из среднеюрских отложений Киргизии и Stenopelix valdensis из раннемеловых отложений Германии , хотя Р. М. Салливан сомневается, что любой из этих видов является пахицефалозавром. [5] Albalophosaurus из раннемеловых отложений Японии также может представлять собой базального пахицефалозавра. [1] Самым древним известным окончательным пахицефалозавром является Sinocephale bexelli из позднего мела Китая . [6] В 2017 году филогенетический анализ, проведенный Ханом и его коллегами, определил Stenopelix как члена Ceratopsia . [ 7]
Пахицефалозавры были двуногими птицетазовыми, характеризующимися утолщенными черепами. У них было громоздкое туловище с расширенной полостью кишечника и широкими бедрами, короткими передними конечностями, длинными ногами, короткой, толстой шеей и тяжелым хвостом. Большие глазницы и большой зрительный нерв указывают на то, что у пахицефалозавров было хорошее зрение, а нетипично большие обонятельные доли указывают на то, что у них было хорошее обоняние по сравнению с другими динозаврами. [4] Это были довольно маленькие динозавры, большинство из которых достигало 2–3 метров (6,6–9,8 футов) в длину, а самый большой, Pachycephalosaurus wyomingensis , по оценкам, имел длину 4,5 метра (14,8 футов) и весил 450 килограммов (990 фунтов). [3] [8] Характерный череп пахицефалозавров является результатом слияния и утолщения лобных и теменных костей , сопровождаемого закрытием надвисочного окна . У некоторых видов он принимает форму приподнятого купола; у других череп плоский или клиновидный. Хотя плоскоголовые пахицефалозавры традиционно считаются отдельными видами или даже семействами, они могут представлять собой детенышей взрослых особей с куполообразными головами. [ 5] Все они демонстрируют сильно украшенные скуловые кости , чешуйчатые кости и заглазничные кости в виде тупых рогов и узлов. Многие виды известны только по фрагментам черепа, а полный скелет пахицефалозавра еще предстоит найти. [4]
Представители рода Pachycephalosauria характеризуются необычно куполообразной головой, напоминающей голову более раннего Protopyknosia, что является примером конвергентной эволюции . [9]
Большинство останков пахицефалозаврид не являются полными, обычно они состоят из частей лобно-теменной кости, которая образует характерный купол. Это может сделать таксономическую идентификацию сложной задачей, поскольку классификация родов и видов в пределах Pachycephalosauria почти полностью основана на характеристиках черепа. Следовательно, в кладу исторически назначались неправильные виды. Например, Majungatholus , когда-то считавшийся пахицефалозавром, теперь признан образцом абелизавридового теропода Majungasaurus , а Yaverlandia , другой динозавр, первоначально описанный как пахицефалозаврид, также с тех пор был переклассифицирован как целурозавр (Naish in Sullivan (2006)). Еще больше усложняют ситуацию различные интерпретации онтогенетических и половых признаков у пахицефалозавров.
В статье 2009 года было высказано предположение, что Dracorex и Stygimoloch были всего лишь ранними стадиями роста Pachycephalosaurus , а не отдельными родами. [10]
Переработка Cerapoda в 2020 году Дьедонне и соавторами восстановила животных, традиционно считавшихся « гетеродонтозавридами », как базальную группу внутри Pachycephalosauria, парафилетическую по отношению к традиционным купологоловым пахицефалозаврам. [11] К такому же выводу ранее пришел Джордж Ольшевский в 1991 году, который классифицировал гетеродонтозаврид как базальных пахицефалозаврид на основе воспринимаемого краниального кинезиса , наличия клыкообразных предчелюстных зубов и заметной диастемы , присутствующей во многих родах. [12]
Pachycephalosauria впервые была названа подотрядом отряда Ornithischia Марьянской и Осмольской (1974). Они включили в него только одно семейство , Pachycephalosauridae. [13] Более поздние исследователи, такие как Майкл Бентон, причислили его к инфраотряду подотряда Cerapoda , который объединяет цератопсов и орнитоподов . [14] В 2006 году Роберт Салливан опубликовал переоценку таксономии пахицефалозавров. Салливан посчитал попытки Марьянской и Осмольской ограничить определение Pachycephalosauria излишними с их Pachycephalosauridae, поскольку они были диагностированы по тем же анатомическим признакам. Салливан также отверг попытки Серено (1986) в его филогенетических исследованиях [15] переопределить Pachycephalosauridae, включив в него только виды с «куполообразным черепом» (включая Stegoceras и Pachycephalosaurus ), оставив больше «базальных» видов вне этого семейства в Pachycephalosauria. Таким образом, использование Салливаном Pachycephalosauridae эквивалентно использованию Серено и Бентоном Pachycephalosauria.
Салливан диагностировал Pachycephalosauridae только на основе признаков черепа, при этом определяющим признаком была куполообразная лобно-теменная кость черепа. По словам Салливана, отсутствие этой особенности у некоторых видов, считавшихся примитивными, привело к разделению классификации на куполообразных и некуполообразных пахицефалозавров; однако открытие более продвинутых и, возможно, молодых пахицефалозавров с плоскими черепами (таких как Dracorex hogwartsia ) показало, что это различие неверно. Салливан также указал, что первоначальный диагноз Pachycephalosauridae был сосредоточен вокруг «плоских или куполообразных» черепов, поэтому плоскоголовые формы должны быть включены в семейство. [16] В статье, опубликованной в 2003 году, Томас Э. Уильямсон и Томас Д. Карр открыли кладу Pachycephalosauridae, которая была сестринским таксоном к роду Stegoceras , состоящим из «всех других купологоловых пахицефалозавров; она была названа Pachycephalosaurinae» [17]
Филогенетические анализы многих авторов показали, что Pachycephalosauria — это группа, в которой Stegoceras является одним из самых ранних полностью куполообразных членов, с плоскоголовыми и потенциально ювенильными таксонами, такими как Homalocephale и Goyocephale, либо сразу за ее пределами, либо сразу внутри нее, и более производными пахицефалозаврами. Эти исследования начались с филогенетической работы Пола Серено , которая была изменена во многих итерациях для включения новых таксонов и дополнительных признаков. [18] [19] [20] Версия анализа, опубликованная Вудраффом и коллегами в 2023 году, приведена ниже. [21]
Ниже приведена кладограмма, опубликованная Дьедонне и коллегами (2020) [22] , которая спорно обнаружила, что гетеродонтозавриды парафилетичны по отношению к пахицефалозаврам. Этот анализ был предложен в качестве гипотезы полного отсутствия окаменелостей пахицефалозавров юрского и раннего мелового периода, хотя они должны были существовать, если современное понимание филогении птицетазовых верно. Однако эта гипотеза не получила широкого признания среди других палеонтологов. [1]
Небольшой размер большинства видов пахицефалозавров и отсутствие скелетной адаптации указывают на то, что они не были альпинистами и в основном питались пищей близко к земле. Маллон и др. (2013) исследовали сосуществование травоядных на островном континенте Ларамидия в позднем меловом периоде и пришли к выводу, что пахицефалозавриды, как правило, были ограничены питанием растительностью на высоте 1 метра или ниже. [23] Они демонстрируют гетеродонтность , имея различную морфологию зубов между предчелюстными и верхнечелюстными зубами. Передние зубы маленькие и колышкообразные с овальным поперечным сечением и, скорее всего, использовались для захвата пищи. У некоторых видов последний предчелюстной зуб был увеличен и напоминал клык. Задние зубы маленькие и треугольные с зубчиками на передней и задней части коронки, которые использовались для обработки рта. У видов, у которых была обнаружена зубная кость , нижнечелюстные зубы по размеру и форме похожи на зубы верхней челюсти. Модели износа зубов различаются в зависимости от вида, что указывает на диапазон пищевых предпочтений, которые могут включать семена, стебли, листья, фрукты и, возможно, насекомых. Очень широкая грудная клетка и большая полость кишечника, простирающаяся до основания хвоста, предполагают использование ферментации для переваривания пищи. [4]
Адаптивное значение купола черепа было предметом интенсивных споров. Популярная среди широкой общественности гипотеза о том, что череп использовался для ударов головой, как своего рода таран динозавров, была впервые предложена Колбертом (1955), стр. [ нужна страница ] . Эта точка зрения была популяризирована в научно-фантастическом рассказе 1956 года « Ружье для динозавра » Л. Спрага де Кампа . Многие палеонтологи с тех пор отстаивали гипотезу удара головой, включая Гальтона (1970) и Сьюза (1978). Согласно этой гипотезе, пахицефалозавры таранили друг друга лоб в лоб, как это делают современные толсторогие бараны и овцебыки .
Анатомические доказательства боевого поведения включают в себя позвоночные сочленения, обеспечивающие жесткость позвоночника, и форму спины, указывающую на сильную мускулатуру шеи. [24] Было высказано предположение, что пахицефалозавр мог держать голову, шею и тело горизонтально прямыми, чтобы передавать напряжение во время тарана. Однако ни у одного известного динозавра голова, шея и тело не могли быть ориентированы в таком положении. Вместо этого шейные и передние спинные позвонки пахицефалозавров показывают, что шея имела S- или U-образную кривую. [25]
Кроме того, округлая форма черепа уменьшила бы площадь соприкасающейся поверхности во время удара головой, что привело бы к скользящим ударам. Другие возможности включают удары боком, защиту от хищников или и то, и другое. Относительно широкое телосложение пахицефалозавров (которое защищало бы жизненно важные внутренние органы от повреждений во время удара боком) и чешуйчатые рога стигимолоха ( которые использовались бы с большим эффектом во время удара боком) добавляют достоверности гипотезе удара боком. [ необходима цитата ]
Гистологическое исследование, проведенное Гудвином и Хорнером (2004), выступило против гипотезы тарана. Они утверждали, что купол был «эфемерной онтогенетической стадией», губчатая костная структура не могла выдерживать удары боя, а радиальный рисунок был просто эффектом быстрого роста. [26] Более поздние биомеханические анализы Снайвели и Кокса (2008) и Снайвели и Теодора (2011) пришли к выводу, однако, что купола могли выдерживать боевые нагрузки. [24] Леман (2010) утверждал, что модели роста, обсуждаемые Гудвином и Хорнером, не противоречат поведению, связанному с ударами головой. [27]
Гудвин и Хорнер (2004) вместо этого утверждали, что купол функционировал для распознавания видов. Есть доказательства того, что купол имел некую форму внешнего покрытия, и разумно предположить, что купол мог быть ярко покрыт или мог менять цвет в зависимости от сезона. [26] Однако из-за характера ископаемых остатков невозможно проследить, играл ли цвет какую-либо роль в функционировании купола.
Longrich, Sankey & Tanke (2010) утверждали, что распознавание видов является маловероятной эволюционной причиной купола, поскольку формы купола не сильно различаются между видами. Из-за этого общего сходства несколько родов Pachycephalosauridae иногда ошибочно объединялись. Это не похоже на случай цератопсов и гадрозавридов , у которых было гораздо более отчетливое черепное украшение. Longrich et al. утверждали, что вместо этого купол имел механическую функцию, такую как бой, которая была достаточно важна, чтобы оправдать вложение ресурсов. [19]
Петерсон, Дишлер и Лонгрич (2013) изучали черепные патологии среди Pachycephalosauridae и обнаружили, что 22% всех исследованных куполов имели поражения, соответствующие остеомиелиту , инфекции кости, возникающей в результате проникающей травмы, или травмы ткани, покрывающей череп, приводящей к инфекции костной ткани. Такой высокий уровень патологии еще больше подтверждает гипотезу о том, что купола пахицефалозаврид использовались во внутривидовых боях. [28] Частота травм была сопоставима среди разных родов в этом семействе , несмотря на то, что эти роды различаются по размеру и архитектуре своих куполов, а также тот факт, что они существовали в разные геологические периоды. [28] Эти результаты резко контрастировали с результатами анализа относительно плоскоголовых пахицефалозаврид, у которых не было никаких патологий. Это подтверждает гипотезу о том, что эти особи представляют собой либо самок, либо молодых особей, [19] где внутривидовое боевое поведение не ожидается.
Гистологическое исследование показывает, что купола пахицефалозаврид состоят из уникальной формы фиброламеллярной кости [29] , которая содержит фибробласты , играющие важную роль в заживлении ран, и способна быстро откладывать кость во время ремоделирования. [10] Петерсон и др. (2013) пришли к выводу, что в совокупности частота распределения повреждений и структура костей лобно-теменных куполов убедительно подтверждают гипотезу о том, что пахицефалозавриди использовали свои уникальные черепные структуры для агонистического поведения . [28]
Азиатские и североамериканские виды пахицефалозавров жили в заметно разных условиях. Азиатские образцы обычно более неповрежденные, что указывает на то, что они не были перемещены далеко от места своей смерти до окаменения. Они, вероятно, жили в большом пустынном регионе в Центральной Азии с жарким и засушливым климатом . Североамериканские образцы обычно находят в породах, которые были образованы эрозией Скалистых гор . Образцы гораздо менее неповрежденные; обычно извлекаются только черепные крышки, а те, которые найдены, регулярно демонстрируют поверхностное отслоение и другие признаки того, что они были перемещены на большие расстояния водой до окаменения. Предполагается, что они жили в горах в умеренном климате и были перенесены эрозией после смерти к месту своего последнего упокоения. [30]
Пахицефалозавры жили исключительно в Лавразии , будучи обнаруженными в западной части Северной Америки и в центральной Азии. Пахицефалозавры возникли в Азии и пережили два крупных события расселения, что привело к двум отдельным волнам эволюции пахицефалозавров, наблюдаемым в Азии. Первая, произошедшая до позднего сантона или раннего кампана , включала миграцию из Азии в Северную Америку, скорее всего , через Берингов перешеек . Эта миграция была осуществлена общим предком Stygimoloch , Stegoceras , Tylocephale , Prenocephale и Pachycephalosaurus . Второе событие произошло до среднего кампана и включало миграцию обратно в Азию из Северной Америки общего предка Prenocephale и Tylocephale . Два вида, первоначально считавшиеся пахицефалозаврами, обнаруженные за пределами этого ареала, Yaverlandia bitholus из Англии и Majungatholus atopus с Мадагаскара , недавно оказались на самом деле тероподами . [4] [31]