Млекопитающие и птицы производят собственное тепло тела и контролируют температуру своего тела.
Млекопитающие и птицы производят собственное тепло тела и контролируют температуру своего тела. Этот процесс известен как эндотермия, или теплокровность, и он может быть одной из причин, по которой млекопитающие доминируют почти во всех глобальных экосистемах.
Теплокровные животные более активны как днем, так и ночью, чем их холоднокровные собратья, и они быстрее размножаются.
Но до сих пор точно не известно, когда эндотермия возникла у предков млекопитающих. Наше новое исследование, только что опубликованное в журнале Nature, меняет это положение.
Сочетание интуиции ученых, окаменелостей из региона Кару в Южной Африке и передовых технологий дало ответ: эндотермия развилась у предков млекопитающих около 233 миллионов лет назад в позднем триасовом периоде.
Происхождение эндотермии млекопитающих было одной из величайших неразгаданных тайн палеонтологии.
Было использовано множество различных подходов, чтобы попытаться точно определить ответ, но они часто давали расплывчатые или противоречивые результаты. Мы думаем, что наш метод подает большие надежды, потому что он был проверен на очень большом количестве современных видов.
Это предполагает, что эндотермия развилась в то время, когда многие другие особенности строения тела млекопитающих также встали на свои места.
Теплокровность — ключ к тому, что делает млекопитающих тем, чем они являются сегодня.
Эндотермия, вероятно, была отправной точкой эволюции млекопитающих: приобретение изолирующей шубы; эволюция более крупного мозга, снабжаемого более теплой кровью; более высокая скорость размножения; и более активный образ жизни — все это определяющие черты млекопитающих, которые развились из-за теплокровности.
До сих пор большинство ученых предполагали, что переход к эндотермии был постепенным, медленным процессом в течение десятков миллионов лет, начавшимся около границы пермо-триаса, хотя некоторые предполагали, что это произошло ближе к происхождению млекопитающих, около 200 миллионов лет назад. .
Напротив, наши результаты показывают, что он появился у предков млекопитающих примерно за 33 миллиона лет до появления млекопитающих.
Новая дата согласуется с недавними выводами о том, что многие черты, обычно связанные с «млекопитающих», такие как усы и мех, также развились раньше, чем ожидалось ранее.
И согласно нашим результатам, эндотермия развивалась очень быстро с геологической точки зрения, менее чем за миллион лет. Мы предполагаем, что этот процесс мог быть запущен новыми метаболическими путями, подобными млекопитающим, и происхождением меха.
Интуиция ученых
Наше исследование началось с догадок д-ра Араужо и д-ра Дэвида о внутреннем ухе. Это больше, чем орган слуха: в нем также находится орган равновесия, полукружные каналы.
Три полукружных канала внутреннего уха ориентированы в трех измерениях: пространство.
Они заполнены жидкостью, которая течет по каналам при движении головы и активирует рецепторы, чтобы сообщить мозгу точное трехмерное положение головы и тела.
Вязкость или текучесть этой жидкости (называемой эндолимфой) имеет решающее значение для способности органа равновесия эффективно обнаруживать вращение головы и поддерживать равновесие.
Так же, как кусок масла превращается из твердого в жидкое при нагревании. Сковородаили мед становится более густым, когда он холодный, вязкость эндолимфы изменяется с температурой тела.
Это означает, что вязкость эндолимфы обычно изменяется при повышении температуры тела. Но организму приходится приспосабливаться, потому что изменение вязкости помешает правильной работе полукружных каналов.
У млекопитающих каналы адаптируются к более высокой температуре тела, изменяя свою геометрию.
Исследователи поняли, что это изменение формы полукружных каналов будет легко проследить в течение геологического времени с помощью окаменелостей.
Они полагали, что точное определение видов, у которых произошло изменение геометрии, даст точное представление о том, когда развилась эндотермия.
Им нужны были окаменелости, чтобы проверить свою гипотезу, и вот тут-то и пригодилось богатство окаменелостей Южной Африки из региона Кару.
Реконструкция и изучение
В засушливом регионе Кару хранится кладезь окаменелостей, многие из которых принадлежат предкам млекопитающих.
Эти окаменелости предлагают непрерывный записывать эволюции жизнь в течение почти 100 миллионов лет. Они документируют превращение рептилоидоподобных животных (терапсидов) в млекопитающих в мельчайших деталях.
Используя передовые методы компьютерной томографии и 3D-моделирование, мы смогли реконструировать внутреннее ухо десятков предков млекопитающих из южноафриканского Кару и других стран мира.
Отсюда мы могли точно указать, у каких видов анатомия внутреннего уха соответствовала более высокой температуре тела, а у каких нет.
Один мы должны были принять во внимание географическое положение кару в то время, когда жили эти животные. Он был расположен ближе к Южному полюсу, чем сейчас, в результате дрейфа континентов.
Это означает, что более высокая температура тела, обусловленная геометрией внутреннего уха, не может быть связана с общим более теплым климатом.
Поскольку климат Южной Африки был в среднем более холодным, изменение вязкости жидкости внутреннего уха могло быть вызвано только более высокой температурой тела у предков млекопитающих.
Захватывающее время
Это захватывающее время для нашей области. До сих пор, чтобы реконструировать эволюцию эндотермии, ученые имели доступ только к чертам скелета, которые сомнительно коррелировали с теплокровностью.
Каждая попытка была слишком длинной, чтобы получить какие-либо точные результаты. Внутреннее ухо, как показывает это исследование, меняет это. Мы считаем, что это может стать ключом к получению новых знаний о предках млекопитающих в будущем.
(Разговор)
Жюльен Бенуа, Университет Витватерсранда, Кеннет Д. Ангельчик, Чикагский университет, Рикардо Мигель Нобрега Араужо, Лиссабонский университет, и Ромен Давид, Музей естественной истории
