Химические подсказки раскрывают метаболизм динозавров

Прочитано: 268 раз(а)


На протяжении десятилетий палеонтологи спорили, были ли динозавры теплокровными, как современные млекопитающие и птицы, или хладнокровными, как современные рептилии. Знание того, были ли динозавры теплокровными или хладнокровными, может дать нам подсказки о том, насколько они были активны и какова была их повседневная жизнь, но методы определения их теплокровности или хладнокровности — насколько быстро их метаболизм мог превращать кислород в энергию — были безрезультатными. Но в новой статье в журнале Nature ученые раскрывают новый метод изучения скорости метаболизма динозавров, используя подсказки в их костях, которые показывают, сколько дышали отдельные животные в последний час своей жизни.

«Нас, как палеонтологов, это очень волнует: вопрос о том, были ли динозавры теплокровными или хладнокровными, — один из старейших вопросов в палеонтологии, и теперь мы думаем, что пришли к единому мнению, что большинство динозавров были теплокровными», — говорит он. Ясмина Виманн, ведущий автор статьи и научный сотрудник Калифорнийского технологического института.

«Новый прокси, разработанный Ясминой Виманн, позволяет нам напрямую делать выводы о метаболизме у вымерших организмов, о чем мы только мечтали всего несколько лет назад. но никогда не тестировался напрямую», — говорит Маттео Фаббри, научный сотрудник Полевого музея в Чикаго и один из авторов исследования.

Люди иногда говорят об обмене веществ с точки зрения того, как легко кому-то оставаться в форме, но по своей сути «обмен веществ — это то, насколько эффективно мы преобразуем кислород, которым мы дышим, в химическую энергию, которая подпитывает наше тело», — говорит Виманн, который связан с Йельским университетом и Музеем естественной истории округа Лос-Анджелес.

Животные с высокой скоростью метаболизма эндотермичны или теплокровны; теплокровные животные, такие как птицы и млекопитающие, потребляют много кислорода и должны сжигать много калорий, чтобы поддерживать температуру тела и оставаться активными. Холоднокровные или экзотермические животные, такие как рептилии, меньше дышат и меньше едят. Их образ жизни менее энергетически затратен, чем у теплокровных животных, но за это приходится платить: хладнокровные животные зависят от внешнего мира, чтобы поддерживать температуру своего тела, необходимую для функционирования (как ящерица, греющаяся на солнце). и они, как правило, менее активны, чем теплокровные существа.

Поскольку птицы были теплокровными, а рептилии — хладнокровными, динозавры оказались в центре спора. Птицы — единственные динозавры, которые пережили массовое вымирание в конце мелового периода, но динозавры (и, соответственно, птицы) технически являются рептилиями — помимо птиц, их ближайшими живыми родственниками являются крокодилы и аллигаторы.

Так что делает динозавров теплокровными или хладнокровными?

Ученые пытались определить скорость метаболизма динозавров на основе химического и остеогистологического анализа их костей. «В прошлом люди изучали кости динозавров с помощью изотопной геохимии, которая в основном работает как палеотермометр, — говорит Виманн. Исследователи изучают минералы в окаменелостях и определяют, при каких температурах эти минералы будут формироваться. — Это действительно классный подход. и он был действительно революционным, когда он вышел, и он продолжает давать очень интересные сведения о физиологии вымерших животных.Но мы поняли, что мы еще не совсем понимаем, как процессы окаменения изменяют изотопные сигналы, которые мы улавливаем, поэтому трудно однозначно сравнить данные окаменелостей с современными животными».

Еще один метод изучения метаболизма — скорость роста. «Если вы посмотрите на поперечное сечение костной ткани динозавра, вы увидите ряд линий, похожих на годичные кольца деревьев, которые соответствуют годам роста», — говорит Фаббри. «Вы можете посчитать линии роста и расстояние между ними, чтобы увидеть, как быстро рос динозавр. Ограничение зависит от того, как вы преобразуете оценки скорости роста в метаболизм: рост быстрее или медленнее может иметь больше общего со стадией жизни животного, чем с его метаболизмом, например, как мы растем быстрее, когда мы молоды, и медленнее, когда мы старше».

Новый метод, предложенный Виманном, Фаббри и их коллегами, не учитывает минералы, присутствующие в костях, или скорость роста динозавра. Вместо этого они рассматривают один из самых основных признаков метаболизма: использование кислорода. Когда животные дышат, образуются побочные продукты, которые реагируют с белками, сахарами и липидами, оставляя после себя молекулярные «отходы». Эти отходы чрезвычайно стабильны и нерастворимы в воде, поэтому они сохраняются в процессе окаменения. Он оставляет после себя записи о том, сколько кислорода вдыхал динозавр и, следовательно, скорость его метаболизма.

Исследователи искали эти частицы молекулярных отходов в темных ископаемых бедренных костях, потому что эти темные цвета указывают на сохранение большого количества органического вещества. Они исследовали окаменелости с помощью рамановской инфракрасной спектроскопии и инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье — «эти методы работают как лазерные микроскопы, мы можем в основном количественно определить количество этих молекулярных маркеров, которые говорят нам о скорости метаболизма», — говорит Виманн. «Это особенно привлекательный метод для палеонтологов, потому что он неразрушающий».

Команда проанализировала бедренные кости 55 различных групп животных, включая динозавров, их летающих родственников птерозавров, их более дальних морских родственников плезиозавров и современных птиц, млекопитающих и ящериц. Они сравнили количество молекулярных побочных продуктов, связанных с дыханием, с известной скоростью метаболизма живых животных и использовали эти данные, чтобы сделать вывод о скорости метаболизма вымерших животных.

Команда обнаружила, что скорость метаболизма динозавров в целом была высокой. Есть две большие группы динозавров, ящеротазовые и птицетазовые — бедра ящерицы и бедра птиц. Ящеротазовые динозавры, такие как трицератопс и стегозавр, имели низкую скорость метаболизма, сравнимую с таковой у хладнокровных современных животных. Динозавры с птичьими бедрами, в том числе тероподы и зауроподы — двуногие, более похожие на птиц хищные динозавры, такие как велоцираптор и тираннозавр, и гигантские травоядные с длинной шеей, такие как брахиозавр, — были теплокровными или даже горячими. Исследователи были удивлены, обнаружив, что некоторые из этих динозавров были не просто теплокровными — их скорость метаболизма была сравнима с современными птицами, но намного выше, чем у млекопитающих. Эти результаты дополняют предыдущие независимые наблюдения, которые намекали на такие тенденции, но не могли предоставить прямых доказательств.

Эти результаты, говорят исследователи, могут дать нам принципиально новое представление о том, на что была похожа жизнь динозавров.

«Динозавры с более низким уровнем метаболизма в какой-то степени зависели от внешней температуры», — говорит Виманн. «Ящерицы и черепахи сидят на солнце и греются, и нам, возможно, придется рассмотреть подобную «поведенческую» терморегуляцию у птицетазовых с исключительно низким уровнем метаболизма. могло быть фактором отбора, где могли жить некоторые из этих динозавров».

С другой стороны, говорит она, теплокровные динозавры были бы более активны, и им нужно было бы много есть. «Горячие гигантские зауроподы были травоядными, и для питания этой метаболической системы требовалось много растительного вещества. У них была очень эффективная пищеварительная система, и, поскольку они были такими большими, для них, вероятно, было больше проблем с охлаждением. вниз, чем нагреваться». Между тем, динозавры-тероподы — группа, в которую входят птицы, — развили высокий метаболизм еще до того, как некоторые из их представителей научились летать.

«Реконструкция биологии и физиологии вымерших животных — одна из самых сложных задач в палеонтологии. Это новое исследование добавляет фундаментальную часть головоломки к пониманию эволюции физиологии в глубоком прошлом и дополняет предыдущие прокси, использованные для изучения этих вопросов. теперь могут определять температуру тела с помощью изотопов, стратегии роста с помощью остеогистологии и скорость метаболизма с помощью химических заменителей», — говорит Фаббри.

Это исследование не только дает нам представление о том, какими были динозавры, но и помогает нам лучше понять мир вокруг нас сегодня. Динозавры, за исключением птиц, вымерли в результате массового вымирания 65 миллионов лет назад, когда на Землю упал астероид. «Наличие высокой скорости метаболизма обычно считается одним из ключевых преимуществ, когда речь идет о выживании при массовых вымираниях и успешной последующей радиации», — говорит Виманн. Некоторые ученые предположили, что птицы выжили, а нептичьи динозавры погибли из-за повышенной метаболической способности. Но это исследование, говорит Виманн, помогает показать, что это неправда: многие динозавры с птичьими исключительными метаболическими способностями вымерли.

«Мы живем в период шестого массового вымирания, — говорит Виманн, — поэтому для нас важно понять, как современные и вымершие животные физиологически реагировали на предшествующие изменения климата и возмущения окружающей среды, чтобы прошлое могло способствовать сохранению биоразнообразия в настоящем и будущем».

Химические подсказки раскрывают метаболизм динозавров



Новости партнеров