Содержание
Динозавры – «горячие», как птицы, или «хладнокровные», как рептилии?
: 01.06.2022
Динозавры – какими они были? Этот вопрос многие годы занимает умы многих людей, от школьников до профессоров палеонтологии. Один из вопросов, ответ на который может многое прояснить о жизни этих древних животных: были они теплокровными или холоднокровными? И, похоже, ученым удалось это выяснить
По температуре тела всех животных делят на теплокровных и холоднокровных. Первые – это птицы и млекопитающие, которые поддерживают постоянную температуру тела независимо от температуры окружающей среды. Для таких животных характерен быстрый обмен веществ, высокое потребление кислорода и немалый расход энергии.
Температура тела холоднокровных животных непостоянна и зависит от состояния окружающей среды. Их образ жизни требует меньше энергетических трат, но «плата» за это – зависимость от внешних условий. Среди позвоночных холоднокровными являются рыбы, земноводные, пресмыкающиеся и рептилии.
У них, как правило, более медленный обмен веществ по сравнению с теплокровными.
Как известно, в процессе эволюции теплокровность появилась у птиц и млекопитающих независимо. А что насчет динозавров? С одной стороны, они были «предками» птиц, с другой – их ближайшими живыми «родственниками» являются и холоднокровные рептилии, крокодилы и аллигаторы.
Ученые давно пытаются определить характеристики обмена веществ динозавров на основе изучения их ископаемых останков. Современные методы изотопной геохимии позволяют изучить минеральную структуру окаменелостей и понять, при каких температурах она сформировалась. Однако пока неясно, как сам процесс окаменения влияет на изотопные сигналы, что затрудняет сравнение данных, полученных при исследовании окаменелостей и костей современных животных.
Скорость метаболизма можно также оценить по скорости роста животного, которая, в свою очередь, отражается на структуре его костной ткани. Так, на поперечном срезе кости динозавра можно увидеть линии, похожие на годичные кольца деревьев: их число и ширина покажут, сколько лет и как быстро росла данная особь.
С другой стороны, скорость роста связана не только с обменом, но и с возрастом: молодые животные растут быстрее.
Недавно американо-шведская группа ученых под руководством специалистов из Йельского университета (США) успешно применили новый метод изучения скорости обмена веществ динозавров. С помощью рамановской спектроскопии и инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье они измерили в останках динозавров количество молекул окисленных липидов – побочных продуктов кислородного метаболизма. Такие молекулы достаточно стабильны и хорошо сохраняются в окаменелостях. Фактически они служат «записями», говорящими об интенсивности обмена веществ, и косвенно указывают на теплокровность или холоднокровность.
Исследователи сравнили данные, полученные при анализе бедренных костей животных из 55 различных групп, включая как вымерших – динозавров, их летающих «родственников» птерозавров и более дальних водных «родственников» плезиозавров, так и современных – птиц, млекопитающих и рептилий.
Оказалось, что у разных групп динозавров и скорость обмена веществ была разной. Динозавров по строению их костей разделяют на ящеротазовых и птицетазовых. Птицетазовые, такие как растительноядные монстры трицератопс и стегозавр, имели низкую скорость метаболизма и в этом смысле мало отличались от современных холоднокровных позвоночных. Эти динозавры в какой-то степени зависели от температуры внешней среды и вполне могли, как ящерицы и черепахи, подолгу «подогреваться» на солнце.
Парадоксально, но предками птиц были не птицетазовые, а ящеротазовые динозавры. К ящеротазовым относят как двуногих хищных динозавров, таких как велоцираптор и тираннозавр, так и гигантских, с длинной шеей растительноядных – диплодока и брахиозавра. Все они были теплокровными, а по скорости обмена некоторые из них были сравнимы с современными птицами, температура тела у которых выше, чем у млекопитающих. Теплокровные динозавры должны были быть очень активны, причем быстрый обмен веществ появился у них еще до того, как их представители научились летать.
Птицы – единственные «динозавры», пережившие массовое вымирание в конце мелового периода 65 млн лет назад. Принято считать, что эта «линия» динозавров выжила благодаря высокой скорости метаболизма. Однако теперь мы знаем, что многие динозавры вымерли, несмотря на свою теплокровность, а будущие птицы, вероятно, остались на планете благодаря каким-то другим преимуществам.
Фото: https://pixabay.com
: 01.06.2022
Ученые выяснили, что динозавры не были ни теплокровными, ни хладнокровными
- Главная
- Новости науки
Динозавры не были ни теплокровными, как современные млекопитающие и птицы, ни хладнокровными, как рептилии или амфибии. Исследования американских ученых, опубликованные 13 июня в журнале Science, свидетельствуют о том, в организмах этих древних ящеров сочетались оба данных принципа обогрева тела.
Палеонтологи и биологи из университетов штатов Нью-Мексико и Аризона утверждают, что динозавров, населявших Землю миллионы лет назад, следует относить к особой категории живых существ, которую они называют мезотермической, то есть средней между теплокровными и хладнокровными.
Исследователи отмечают, что существа, которые обладают способностью сохранять постоянную температуру тела, отличаются повышенным метаболизмом. Они быстрее двигаются, тратят больше энергии и нуждаются в большем количестве пищи. К таким существам относятся все млекопитающие и птицы. Температура тела хладнокровных животных меняется в зависимости от температуры окружающей среды. Им требуется меньше еды, так как они более экономно тратят энергию, однако, при этом, их отличает и меньшая активность. В данную категорию входят, в частности, рептилии, амфибии и рыбы.
Как отмечают биологи, обе эти группы отличаются разными темпами роста: теплокровные увеличиваются в размерах быстрее, а хладнокровные — медленнее.
«Если повысить метаболизм в два раза, то ровно в два раза увеличится и скорость роста», — подчеркнул ученый из Университета Нью-Мексико Джон Грейди.
Установить, как быстро росло животное, по словам авторов исследования, можно, изучив его кости, на которых образуются своего рода «годичные кольца» — примерно такие же, как в стволах деревьев. Ученые проанализировали структуру костей 381 вида животных, среди них — 21 вида динозавров, в частности, тиранозавров, аллозавров и троодонов, и пришли к выводу, что темпы роста древних ящеров были средними — более высокими, чем у хладнокровных, но более низкими, чем у теплокровных.
«Наши результаты показывают, что метаболизм динозавров был таким, какой не характерен ни для теплокровных, ни для хладнокровных организмов. Они функционировали не так, как млекопитающие или птицы, и не так как рептилии и рыбы», — подчеркнул эволюционный биолог из Университета штата Аризона Брайан Энквист.
Как утверждают ученые, динозавры частично обогревали свои тела самостоятельно, как теплокровные, а частично полагались на окружающую среду — подобно хладнокровным.
По словам исследователей, животные, которые используют данную стратегию, есть и среди современных обитателей Земли. К этой категории они относят некоторые виды акул, тунца, кожистую черепаху, а также утконоса и ехидну. «Температура тела тунца, к примеру, снижается, когда он погружается глубже под воду, однако она всегда теплее окружающей среды», — пояснил Грейди.
Иван Пильщиков
Источник: ИТАР-ТАСС
Были ли динозавры теплокровными? Их яичная скорлупа говорит «да»
Исследование под руководством Йельского университета поднимает вопрос о температуре тела динозавров: были ли они теплокровными или хладнокровными?
Согласно новой методике анализа химического состава яичной скорлупы динозавров, ответ — тепло.
«Динозавры находятся в точке эволюции между теплокровными птицами и хладнокровными рептилиями. Наши результаты показывают, что у всех основных групп динозавров температура тела была выше, чем у их окружающей среды», – сказала Робин Доусон, проводившая исследование, когда она была докторантом по геологии и геофизике в Йельском университете.
Доусон, в настоящее время научный сотрудник Массачусетского университета в Амхерсте с докторской степенью, является ведущим автором нового исследования в журнале Science Advances. Палеонтолог Йельского университета Пинчелли Халл является соавтором исследования, как и бывшие исследователи Йельского университета Дэниел Филд и Хагит Аффек. Халл и Аффек были советниками Доусона в Йельском университете.
Исследователи изучили окаменелости яичной скорлупы, представляющие три основные группы динозавров, в том числе более тесно связанные с птицами и более отдаленно связанные с птицами.
Процесс тестирования называется палеотермометрией слипшихся изотопов. Он основан на том факте, что упорядочение атомов кислорода и углерода в ископаемой яичной скорлупе определяется температурой. По словам исследователей, как только вы узнаете порядок расположения этих атомов, вы сможете рассчитать внутреннюю температуру тела динозавра-матери.
Например, яичная скорлупа Troodon , небольшого хищного теропода, испытанная при температуре 38, 27 и 28 градусов по Цельсию (или 100,4, 80,6 и 82,4 градуса по Фаренгейту).
Яичная скорлупа большого утконосого динозавра Майазаура показал температуру 44 градуса по Цельсию (111,2 градуса по Фаренгейту). Яичная скорлупа Troodon и Maiasaura была произведена в Альберте, Канада. Между тем, окаменелые яйца динозавров из оовида (классификация видов ограничивается яйцами динозавров) Megaloolithus из Румынии были протестированы при температуре 36 градусов по Цельсию (96,8 градусов по Фаренгейту).
Исследователи провели тот же анализ панцирей хладнокровных беспозвоночных в тех же местах, что и яичные скорлупы динозавров. Это помогло исследователям определить температуру окружающей среды и определить, была ли температура тела динозавра выше или ниже.
Доусон сказал, что образцы Troodon были на 10 градусов Цельсия (50 градусов по Фаренгейту) теплее, чем их окружающая среда, образцы Maiasaura были на 15 градусов теплее (59 градусов по Фаренгейту), а Megaloolithus были на 3-6 градусов Цельсия.
градусов (37,4-42,8 градусов по Фаренгейту) теплее.
«То, что мы обнаружили, указывает на то, что способность метаболически повышать свою температуру выше температуры окружающей среды была ранней эволюционной чертой динозавров», — сказал Доусон.
По словам исследователей, результаты могут иметь и другие последствия. Например, исследование показывает, что размер тела и скорость роста динозавра не обязательно являются хорошим индикатором температуры тела. Исследователи также заявили, что их результаты могут внести вклад в продолжающуюся дискуссию о роли перьев в эволюции ранних птиц.
«Возможно, что плотные перья были в первую очередь выбраны для изоляции, поскольку размер тела динозавров-теропод уменьшился на эволюционном пути к современным птицам», — сказал Доусон. «Впоследствии перья могли быть использованы для сексуальных демонстраций или полетов».
Исследование было поддержано Йельским университетом, Фондом Исаака Ньютона и Британской стипендией будущих лидеров исследований и инноваций, исследовательской стипендией Слоана, грантом Совета по естественным и инженерным исследованиям и Израильским научным фондом.
Динозавры были теплокровными или хладнокровными?
Когда в середине 19 века были обнаружены первые окаменелости динозавров, ученые предположили, что эти существа были в основном гигантскими неуклюжими ящерицами. Они также предположили, что динозавры были похожи на современных хладнокровных ящериц, а это означало, что температура их тела зависела от окружающей среды. Однако позже эта идея вызвала ожесточенные споры.
«Общая картина физиологии динозавров, которую мы имеем, сильно изменилась за последние [несколько] десятилетий», — говорит Ясмина Виманн, молекулярный палеобиолог из Калифорнийского технологического института. «Наше понимание того, как динозавры выглядели и как жили, напрямую связано с вопросом, были ли они хладнокровными, теплокровными или где-то посередине».
Новый анализ, опубликованный Виманн и ее сотрудниками 25 мая в журнале Nature , показывает, что предки динозавров были теплокровными или были способны поддерживать постоянную внутреннюю температуру.
Исследователи использовали новую технику для оценки скорости метаболизма современных и вымерших животных на основе молекулярного состава их костей. Они пришли к выводу, что многие знаковые динозавры, такие как Tyrannosaurus rex и гигантские зауроподы были теплокровными, но позже у некоторых динозавров, таких как Stegosaurus , появилась хладнокровность.
Энрико Резенде, биолог-эволюционист из Папского католического университета Чили, изучавший эволюцию теплокровности или эндотермии, называет полученные результаты «весьма впечатляющими».
Результаты «не совсем удивительны, но определенно хорошо иметь некоторую оценку уровня метаболизма», — говорит он, объясняя, что это отходит от жесткой классификации динозавров как теплокровных или хладнокровных. «По сути, это показывает, что у нас есть весь этот градиент уровней метаболизма».
Современные ящерицы или крокодилы должны греться на солнце, чтобы повысить температуру своего тела, в то время как теплокровным животным, таким как птицы и млекопитающие, это не нужно.
По словам Резенде, эндотермичность могла позволить динозаврам быть более активными и распространяться на большие территории. Они также будут менее уязвимы к низким температурам, а это значит, что они будут более активны ночью и будут лучше себя чувствовать на возвышенностях или в высоких широтах. С другой стороны, теплокровным динозаврам потребовалось бы много энергии для поддержания их высокого метаболизма, а это значит, что им нужно было бы тратить много времени на питание.
«Понимание уровней метаболизма может многое рассказать нам о том, как они могут взаимодействовать и как могут быть построены эти экосистемы», — говорит Резенде.
[См.: Кости спинозавра намекают на то, что колючие динозавры любили водные виды спорта]
Исследователи использовали различные процедуры, чтобы изучить, в какой степени динозавры были способны генерировать собственное тепло, говорит Лукас Лежандр, палеонтолог из Университета Техас в Остине. Одним из доказательств является оценка температуры тела на основе чувствительных к температуре минералов, сохранившихся в окаменелостях.
Другие исследователи изучают кольца роста в бедренных костях динозавров, чтобы определить, насколько быстро животные росли. Лежандр и его коллеги также использовали размеры кровеносных сосудов и костных клеток, чтобы сделать вывод о том, что у плотоядных динозавров была высокая скорость метаболизма, близкая к скорости метаболизма современных птиц.
В документе Nature указывается, что с точки зрения физиологии динозавры обычно имели больше общего со своими ближайшими живыми родственниками — птицами — чем с ящерицами, говорит Лежандр. «Это новое доказательство, подтверждающее то, о чем многие исследователи говорили в течение последнего десятилетия», — говорит он.
Для новой работы исследователи использовали более прямой подход, чем предыдущие исследования, говорит Маттео Фаббри, палеонтолог из Полевого музея естественной истории в Чикаго и соавтор исследования. Команда исследовала побочные продукты метаболизма — процесса, посредством которого животные превращают питательные вещества и кислород в энергию — сохранившиеся как в новообразованных, так и в окаменелых бедренных костях.
«Обмен веществ определяет, выделяется ли много избыточного тепла в процессе дыхания и является ли животное хладнокровным или теплокровным», — говорит Виманн.
Во время этого процесса образуются химические вещества, называемые активными формами кислорода, и образуются молекулы, называемые конечными продуктами липооксидации. Эти остатки накапливаются и «оставляют отпечатки пальцев практически на каждой ткани», — говорит Резенде. Животное с высокой скоростью метаболизма использует больше кислорода, чем животное с низкой скоростью метаболизма, поэтому в его организме должны быть более высокие уровни этих соединений.
Виманн и ее команда просканировали кости 30 окаменелых животных и 25 современных птиц, млекопитающих и рептилий, используя методы, называемые рамановской и инфракрасной спектроскопией с преобразованием Фурье. Это позволило им измерить накопленное количество конечных продуктов повышенного липоксидации.
«В основном мы используем эти данные, чтобы сделать вывод об эволюции метаболизма», — говорит Виманн.
«Мы выяснили, что динозавры изначально были теплокровными».
[См.: Огненный конец динозавров положил начало золотому веку млекопитающих]
Результаты показывают, что эндотермия независимо развилась в группе, включающей динозавров и летающих рептилий, известных как птерозавры, у млекопитающих и морских рептилий, известных как плезиозавры. Исследователи рассчитали особенно высокую скорость метаболизма для диплодоцида с длинной шеей, Allosaurus , и птиц, в то время как у T-rex скорость метаболизма была несколько ниже, чем у других плотоядных динозавров-теропод. Поразительно, но некоторые из их более дальних родственников имели скорость метаболизма на уровне современных ящериц, что указывает на то, что они были хладнокровными или экзотермическими. Среди них Стегозавр , Трицератопс и утконосый гадрозавр.
«Это довольно увлекательно, потому что это означает, что диапазон метаболизма, реализованный у динозавров, намного шире, чем предполагалось изначально», — говорит Виманн.
«Это поднимает интересные вопросы о том, что вызывает эволюционное увеличение или уменьшение скорости метаболизма, и что это означает для образа жизни животных?»
Исследователи ранее предполагали, что теплокровность помогла доисторическим птицам и млекопитающим адаптироваться во время массового вымирания, которое уничтожило остальных динозавров около 66 миллионов лет назад. Однако данные о том, что у многих позднемеловых динозавров был высокий уровень метаболизма, намекают на то, что другие черты, такие как размер тела, вероятно, были ключом к успеху выживших, говорит Виманн.
Полученные данные необходимо будет подтвердить дальнейшими анализами, включающими больше вымерших животных, говорит Лежандр. Тем не менее, побочные продукты метаболизма, которые исследовала Виманн и ее команда, представляют собой источник данных, которые исследователи могут сравнить с другими признаками.
«Тот факт, что они использовали этот новый метод, добавляет еще одну часть головоломки», — говорит Лежандр.