Danikenovsko-Darwinistické zamyšlení nad obřími živočichy. Dinosauři si už přes padesát let drží velikou popularitu. I když existovaly i docela malé druhy, každému se při zmínce o nich vybaví spíše plazí kolosy.
Dinosauři prostě táhnou, u nás to začal malíř Zdeněk Burian, pokračoval režisér Karel Zeman se svojí Cestou do pravěku, později přišel Spielberg s Jurským parkem, pak BBC s putováními, dnes můžete obdivovat 3D dinosaury v IMAXu.
Všichni jsou unešeni pohybujícími se obry, pod kterými duněla zem. Málokdo si ale uvědomuje, že dinosauři z fyzikálního hlediska představují drobný problém. A nejen dinosauři, v biologických dějinách Země najdeme ještě pár podobných záhad. Tento článek si neklade žádné nároky na vědeckou přesnost, svoje teorie předkládám zcela bez důkazů a v diskusi mě můžete úplně roztrhat.
Tak v čem je ten problém? Je ve velikosti, respektive v předpokládané hmotnosti velkých dinosauřích druhů. Toho si všimli vědci již dávno. Ještě v době, kdy Zdeněk Burian kreslil své působivé rekonstrukce, převládal názor, že velicí sauropodi patrně trávili většinu času ve vodě, která jejich mohutná těla nadnášela a usnadňovala jim tak pohyb.
Jenže nejnovější vědecké poznatky naznačují, že i ti největší dinosauři (s nohama ovšem) trávili nejspíš většinu času na souši a pohybovali se patrně celkem svižně. Přestože jsem slíbil, že se korektnosti vyvaruji, pojďme se přeci jenom podívat na pár vzorečků.
Jeden můj známý mi vyprávěl o nějaké knize s vědeckými zajímavostmi. Jednou z nich byla otázka, jak vysoko dokáží vyskočit obratlovci. A odpověď maličko překvapivá - všichni v podstatě stejně. Zdůvodnění je takové, že síla svalu závisí na počtu svalových vláken, tedy na ploše příčného průřezu svalu. Pokud tedy obratlovce zvětšujeme, roste jeho síla s druhou mocninou délky, zatímco hmotnost roste s třetí mocninou. Ve skutečnosti to vypadá tak, že tedy absolutní hodnota výskoku je kvadraticky závislá na délce živočicha.
Vezměme třeba kočku, řekněme, že měří 0,5 metru a vyskočí 1 metr. Člověk měří 2 metry a trénovaný jedinec je schopný při výskoku posunout těžiště taky o jeden metr. Proložíme-li to parabolou, vyjde nám závislost h = l(2,5 - l), kde h je výška výskoku a l délka těla. Z toho nám vychází, že živočich s délkou větší než 2,5 metru již není schopný vyskočit ani kousek nad zem. Převedeme-li pomocí kubické rovnice délku na hmotnost, vyjde nám kritická hmotnost pro výskok zhruba 150 kg. Protože to je jen hrubý odhad a záleží na celkové "konstrukci" druhu, odhaduji, že kritická hmotnost pro výskok je 300-500 kg. To odpovídá zhruba velkosti ledního medvěda. Takže lední medvěd je asi největší zvíře, které dokáže někam skočit. Větší obratlovci, jako nosorožec, hroch nebo slon už dokáží pouze chodit, případně běhat.
Dá se předpokládat, že podobně jako limit pro výskok existuje i limit pro samotný pohyb. Pokud vezmeme geparda se 40 kg a 100 km/h a proložíme přímku na slona se 7000 kg a 40 km/h, vyjde nám, že živočich nad 10 tun už neudělá ani krok. Protože největší známý exemplář slona afrického vážil 12,5 tuny, uděláme opět korekci a odhadneme kritickou hmotnost pro suchozemského živočicha na 20 tun.
Tak, to bychom měli, v dnešním světě prostě nemůže existovat suchozemský obratlovec, který by vážil více jak 20 tun. Jenže obří suchozemští dinosauři běžně dosahovali hmotnosti 30 až 100 tun. Jak je to možné? Nedá se předpokládat, že svalovina plazů je nějak efektivnější a výkonější než svalovina savců. I při nějakých vylepšeních u dinosaurů oproti ostatním plazům by se dala čekat výkonnost tak maximálně srovnatelná se svalstvem savců.
Jenže nejsou to jen chodící dinosauři. Úplně stejný problém představí ptakoještěři. Dá se totiž očekávat, že velikost největších supů je už na hraně velikosti tvora, který je schopen létat. Pokud bychom tuto velikost ještě zdvojnásobili, jako opravdu kritickou mez pro létání, tak to bude pořád ještě pták bumbrlíček oproti obřím ptakoještěrům, kteří v juře dosahovali rozpětí křídel klidně 8 až 16 metrů.
A jak jsem slíbil, nezůstaneme jen u obratlovců. Největší a nejtěžší dnes žijící brouk - titanus giganteus - dosahuje délky těla (bez tykadel) 25 cm. Vědci vědí, že dýchací systém hmyzu - vzdušnice - není příliš efektivní a kyslíkem dokáže zásobovat tělo jen do určité velikosti. Titanus je opět na hraně, když budeme chtít rezervu, tak řekneme, že hmyz přesahující délku 50 cm (při podobných proporcích jako má zmíněný tesařík, nemám na mysli hubené pakobylky) už nemůže existovat. A přesto v kambriu existovaly například vážky s těly delšími než 75 centimetrů a dokonce schopny létat.
A v kambriu ještě zůstaneme. Tehdy na Zemi rostli obří přesličky a plavuně, tedy byliny, které se zachovaly do dneška, ovšem v pidipodobě. Jejich stonky jsou měkké a nedá se předpokládat, že by jejich předci měli nějaké stonky tvrdší. Maximálně tak typu jako dnešní bolševník. A přesto byly tyto byliny schopné vyrůstat do velikostí desítek metrů.
Poslední záhadu představuje samotná evoluce. Zvětšování těla druhu je zjevně dobrá strategie k přežití, snižuje šance predátorů. Proč tedy evoluce do konce druhohor radostně zvětšovala a dnes už ne? Ještě ve třetihorách si trochu pohrála se savci, když stvořila indricotherium, ale to už byli proti dinosaurům úplní drobečci.
Tak záhad bychom myslím měli víc než dost a teď jak z toho ven? Výkonější svalovinu už jsem vyloučil, navíc nám neřeší problémy všechny. Takže co zbývá? Ať to probírám z jakékoli strany, vychází mi jenom jedno
Gravitační potenciál na povrchu Země byl dříve menší než je dnes.
Pokud si říkáte, no to je pitomost, takovou jsem ještě neslyšel, tak jsem rád. Jak by mohla být gravitace Země menší než dnes? Inu máte pravdu, když už něco takového navrhuji, musím pro to mít i nějaké zdůvodnění. A taky mám. Předložím vám tři návrhy v pořadí, jak je považuji za pravděpodobné. Možná se budete divit pořadí 1 a 2, ale opravdu trvám na tomto. Favoritem je stejně vysvětlení #3, takže na pořadí těch prvních dvou až zase tak moc nesejde.
Nejdříve ale pojďme udělat odhad, o kolik by mělo být gravitační pole menší. Řekněme, že hmotnostní limit ve třetihorách byl 100 tun a dnes je to 20 tun, takže gravitační zrychlení na povrchu země bylo zhruba pětinové.
1. Bombardovací teorie
Tato teorie předpokládá, že Země jako planeta se zformovala z mnohem menšího počátečního množství materiálu, než ho má dnes. Zbývající hmota byla postupně přidávána dopady kosmických těles, zejména obřích meteoritů a drobných komet. Je zřejmé, že to, aby Země nabrala postupně 4/5 své počáteční hmotnosti, je poněkud úsměvná představa.
2. Biblická potopa
Při této teorii předpokládám, že 4/5 hmotnosti země byly původně ukryty v husté vodní páře halící celou planetu. Při Božím soudu pak tato voda spadla na zem, zatopila veškerou souš, roztrhala do té doby jednolitou krustu zemského povrchu na zemské desky a postupně se během 40 dnů, nebo spíš 400 let, vsákla do země. Vím, taky nic moc.
3. Kosmologické řešení
No a teď, jak to bylo doopravdy. Gravitační zrychlení na povrchu Země se spočítá dle vzorce g = kappa x M/R2, kde kappa je univerzální gravitační konstanta, M je hmotnost Země a R je poloměr Země. Předpokládáme, že hmotnost Země se během věků nijak výrazně nezměnila. Gravitační konstanta by se snad měnit mohla, ale taky to není nutné. Takže nám zbývá, že se změnil poloměr Země. Aby gravitační zrychlení vzrostlo na pětinásobek, stačí, když poloměr Země klesl přibližně 2,5x (odmocnina z pěti).
Určitě si říkáte, to je blbost, aby se Země takto smrštila během pár milionů let. To by její hustota musela závratně stoupnout. Jenže trik je v tom, že poloměr Země se sice zmenšil, ale Země se ve skutečnosti ani nehla. Problém je totiž v tom, že naše dnešní vnímání délky je jiné, než jaké bylo před nějakou dobou1. V kosmologické rovnici, tzv. Robertson-Walkerově metrice stačí, aby se tzv. Friedmannův poloměr vesmíru 2,5 krát zmenšil. A to už za ty miliony let možné je. Jinými slovy, vesmír se smršťuje a v důsledku toho hmotná tělesa přitahují dnes předměty větší silou, než tomu bylo v minulosti.
Takže závěr:
Existence obřích živočišných druhů na Zemi v dávných dobách je dalším nepřímým důkazem toho, že vesmír se smršťuje, a ne naopak, jak se nás o tom snaží přesvědčit současná astrofyzika.
1. Podrobně tento efekt rozebírá Bill Sumner ve svém článku publikovaném v Astrphysical Journal v roce 1994. Přesnější citaci naleznete v jednom z mých odkazovaných článků.
