Протягом десятиліть палеонтологи сперечалися, чи були динозаври теплокровними тваринами, як сучасні ссавці і птахи, або холоднокровними, як сучасні рептилії. Знання того, чи були динозаври теплокровними або холоднокровними, може дати підказки про те, наскільки вони були активні і яким було їх повсякденне життя, але методи визначення їх теплокровності або холоднокровності - наскільки швидко їх метаболізм міг перетворювати кисень в енергію - були безрезультатними.
У новій статті в журналі Nature вчені розкривають новий метод вивчення швидкості метаболізму динозаврів, використовуючи підказки в їх кістках, які показують, скільки дихали окремі тварини в останню годину свого життя.
"Нас, як палеонтологів, це дуже хвилює: питання про те, чи були динозаври теплокровними або холоднокровними, - одне з найстаріших питань у палеонтології, і тепер ми думаємо, що прийшли до єдиної думки, що більшість динозаврів були теплокровними ", - говорить Ясміна Віманн, провідний автор статті і науковий співробітник Каліфорнійського технологічного інституту.
Новий метод, розроблений Ясміною Віманн, дозволяє нам безпосередньо робити висновки про метаболізм вимерлих організмів, про що ми тільки мріяли всього кілька років тому ", - говорить Маттео Фаббрі, один з авторів дослідження.
Люди іноді говорять про обмін речовин з точки зору того, як легко комусь залишатися у формі, але за своєю суттю "обмін речовин - це те, наскільки ефективно ми перетворюємо кисень, яким ми дихаємо, в хімічну енергію, яка підживлює наше тіло.
Тварини з високою швидкістю метаболізму ендотермічні або теплокровні; теплокровні тварини, такі як птиці і ссавці, споживають багато кисню і повинні спалювати багато калорій, щоб підтримувати температуру тіла і залишатися активними.
Холоднокровні або екзотермічні тварини, такі як рептилії, менше дихають і менше їдять. Їх спосіб життя менш енергетично витратний, ніж у теплокровних тварин, але за це доводиться платити: холоднокровні тварини залежать від зовнішнього світу, щоб підтримувати температуру свого тіла, необхідну для функціонування (як ящірка, що гріється на сонці) і вони, як правило, менш активні, ніж теплокровні істоти.
Оскільки птахи були теплокровними, а рептилії - холоднокровними, динозаври опинилися в центрі спору. Птахи - єдині динозаври, які пережили масове вимирання в кінці крейдяного періоду, але динозаври (і, відповідно, птиці) технічно є рептиліями - крім птахів, їх найближчими живими родичами є крокодили і алігатори. Так що робить динозаврів теплокровними або холоднокровними?
Вчені намагалися визначити швидкість метаболізму динозаврів на основі хімічного та остеогістологічного аналізу їх кісток. "У минулому люди вивчали кістки динозаврів за допомогою ізотопної геохімії, яка в основному працює як палеотермометр, - говорить Ясміна Віманн.
Дослідники вивчають мінерали в скам'янілостях і визначають, при яких температурах ці мінерали будуть формуватися. - Це дійсно класний підхід і він був дійсно революційним, коли з'явився, і він продовжує давати дуже цікаві відомості про фізіологію вимерлих тварин. Але ми зрозуміли, що ми ще не зовсім розуміємо, як процеси скам'яніння змінюють ізотопні сигнали, які ми вловлюємо, тому важко однозначно порівняти дані скам'янілостей з сучасними тваринами ".
Ще один метод вивчення метаболізму - швидкість зростання. «Якщо ви подивитеся на поперечний переріз кісткової тканини динозавра, ви побачите ряд ліній, схожих на річні кільця дерев, які відповідають рокам зросту», - говорить Маттео Фаббрі. "Ви можете порахувати лінії росту і відстань між ними, щоб побачити, як швидко зростав динозавр.
Обмеження залежить від того, як ви перетворите оцінки швидкості зростання на метаболізм: зростання швидше або повільніше може мати більше спільного зі стадією життя тварини, ніж з її метаболізмом, наприклад, як ми ростемо швидше, коли ми молоді, і повільніше, коли ми старше ".
Новий метод, запропонований Віманн, Фаббрі та їхніми колегами, не враховує мінерали, присутні в кістках, або швидкість зростання динозавра. Замість цього вони розглядають одну з найголовніших ознак метаболізму: використання кисню.
Коли тварини дихають, утворюються побічні продукти, які реагують з білками, цукрами і ліпідами, залишаючи після себе молекулярні «відходи». Ці відходи надзвичайно стабільні і нерозчинні у воді, тому вони зберігаються в процесі скам'яніння. Вони залишають після себе записи про те, скільки кисню вдихав динозавр і, отже, швидкість його метаболізму.
Дослідники шукали ці частинки молекулярних відходів у темних копалинах бедрених кістках, тому що темні кольори вказують на збереження великої кількості органічної речовини. Вони досліджували скам'янілості за допомогою раманівської інфрачервоної спектроскопії та інфрачервоної спектроскопії з перетворенням Фур'є - «ці методи працюють як лазерні мікроскопи, ми можемо визначити кількість цих молекулярних маркерів, які говорять нам про швидкість метаболізму», - говорить Ясміна Віманн. «Це особливо привабливий метод для палеонтологів, тому що він неруйнівний».
Команда вчених проаналізувала стегнові кістки 55 різних груп тварин, включаючи динозаврів, їх літаючих родичів птерозаврів, їх більш далеких морських родичів плезіозаврів і сучасних птахів, ссавців і ящірок. Вони порівняли кількість молекулярних побічних продуктів, пов'язаних з диханням, з відомою швидкістю метаболізму живих тварин і використовували ці дані, щоб зробити висновок про швидкість метаболізму вимерлих тварин.
Дослідники виявили, що швидкість метаболізму динозаврів загалом була високою.
Є дві великі групи динозаврів, ящіротазові і птахотазові - зі стегнами «ящірки» і стегнами «птахів». Ящіротазові динозаври, такі як трицератопс і стегозавр, мали низьку швидкість метаболізму, порівнянну з такою у холоднокровних сучасних тварин.
Динозаври з пташиними стегнами, в тому числі тероподи і зауроподи - двоногі, більш схожі на птахів хижі динозаври, такі як велоцираптор і тираннозавр, і гігантські травоїдні з довгою шиєю, такі як брахіозавр, - були теплокровними або навіть гарячими. Дослідники були здивовані, виявивши, що деякі з цих динозаврів були не просто теплокровними - їх швидкість метаболізму була порівнянна з сучасними птахами, і набагато вище, ніж у ссавців. Ці результати доповнюють попередні незалежні спостереження, які натякали на такі тенденції, але не могли надати прямих доказів.
Ці результати, кажуть дослідники, можуть дати нам принципово нове уявлення про те, на що було схоже життя динозаврів.
«Динозаври з нижчим рівнем метаболізму певною мірою залежали від зовнішньої температури», - говорить Ясміна Віманн. «Ящірки і черепахи сидять на сонці і гріються, і нам, можливо, доведеться розглянути подібну» поведінкову «терморегуляцію у птахотазових з виключно низьким рівнем метаболізму».
З іншого боку, каже вона, теплокровні динозаври були б більш активні, і їм потрібно було б багато їсти.
Гарячі гігантські зауроподи були травоїдними, і для харчування цієї метаболічної системи потрібно багато рослинної речовини. У них була дуже ефективна травна система, і, оскільки вони були такими великими, для них, ймовірно, було більше проблем з охолодженням, ніж з нагріванням. Між тим, динозаври-тероподи - група, в яку входять птахи, - розвинули високий метаболізм ще до того, як деякі з їх представників навчилися літати.
Нове дослідження не тільки дає уявлення про те, якими були динозаври, але й допомагає краще зрозуміти світ навколо нас сьогодні. Динозаври, крім птахів, зникли внаслідок масового вимирання 65 мільйонів років тому, коли на Землю впав астероїд.
«Наявність високої швидкості метаболізму зазвичай вважається однією з ключових переваг, коли мова заходить про виживання при масових вимираннях і успішне подальше виживання», - говорить Ясміна Віманн. Деякі вчені припустили, що птахи вижили через підвищену метаболічну здатність птахів, в той час як нептичі динозаври загинули. Але нове дослідження, за словами вчених, допомагає показати, що це неправда: багато динозаврів з птаходібними, винятковими метаболічними здібностями вимерли.
«Ми живемо в епоху шостого масового вимирання, - говорить Ясміна Віманн, - тому для нас важливо зрозуміти, як сучасні і вимерлі тварини фізіологічно реагували на попередні зміни клімату та екологічні потрясіння, щоб минуле могло сприяти збереженню біорізноманіття в сьогоденні і майбутньому».
Дослідження було опубліковано в журналі Nature.
