Кубанский государственный технологический университет

Крупные динозавры были почти теплокровными

14-12-2011
Такие тираннозавры (Tyrannosaurus rex) во взрослом состоянии весили около 5 тонн. По-видимому, средняя температура их тела превышала 30°C. По сути, они были теплокровными (хотя и «инерционными», то есть просто сохраняющими тепло, полученное извне). Рисунок с сайта www.futura-sciences.com.

© Raul Martin

Температура тела динозавров зависела от их массы. У мелких она была около 25°C, что, видимо, только слегка превышает среднюю температуру окружающей среды, но крупные динозавры, весящие сотни килограммов или несколько тонн, поддерживали гораздо более высокую температуру своего тела — около 35°, а возможно, и выше. К такому неожиданному выводу пришли американские исследователи, сопоставляя скорость роста динозавров разного размера.

Все животные в зависимости от того, как регулируется их температура тела, делятся на две большие группы. У эктотермов (пойкилотермных, холоднокровных) температура тела определяется прежде всего теплом, получаемым извне, и соответственно, меняется вслед за изменениями температуры окружающей среды. У эндотермов (гомойотермных, теплокровных) существуют специальные механизмы выработки внутреннего тепла, а температура тела поддерживается более или менее постоянной вне зависимости от колебаний ее в среде.

Эндотермы включают только два класса высших позвоночных — птиц и млекопитающих. Все же остальные животные — эктотермы. Динозавры — представители рептилий, и значит, уже по определению должны быть эктотермами (холоднокровными). Однако тот факт, что некоторые динозавры, например знакомые широкой публике страшные хищники тираннозавры, были очень крупными и при этом явно весьма подвижными, заставлял усомниться в их холоднокровности. Образ жизни таких животных требует достаточно высокой скорости обмена веществ. Эктотермы могут достичь его, только хорошо разогревшись на солнцепеке, но на это требуется много времени, а ночное охлаждение может свести на нет результаты дневного нагрева.

Наблюдение за ныне живущими крупными ящерицами и крокодилами подсказало возможное решение проблемы. Эти животные очень умело разогреваются до нужной температуры на солнышке, а потом стараются уменьшить возможные потери тепла. Очевидно, что в случае большой массы колебания температуры тела становятся менее выраженными. Отсюда предположение, что крупные динозавры при обитании в достаточно теплом климате могли быть «инерционными эндотермами» — то есть животными, по сути хладнокровными, но умевшими длительное время сохранять накопленное тепло и поэтому ведущими себя как теплокровные.

Зависимость средней температуры тела динозавров (зеленые кружки) и ныне живущих крокодилов (синие кружки) от средней массы тела животного в период максимального роста. Пустые кружки соответствуют двум динозаврам, которые не приняты в расчет. Один из них (Shuvuuia deserti) покрыт перьями, а другой (Syntarsus rhodensis) просто выпадает из общей зависимости. Обратите внимание на то, что по оси Х использована логарифмическая шкала. Рисунок из обсуждаемой статьи в PLoS Biology

Новые убедительные свидетельства в пользу «теплокровности» крупных (но не мелких!) динозавров приведены в статье, опубликованной в последнем номере общедоступного в интернете журнала PLoS Biology. Ее авторы, Джеймс Гиллули с зоологиического факультета Флоридского университета, Эндрю Аллен из Национального центра экологического анализа и синтеза в Санта-Барбаре (США) и Эрик Чарнов с биологического факультета Университета Нью-Мексико в Альбукерке (США), попытались подойти к проблеме с несколько неожиданной стороны, а именно — через оценку той температуры, при которой происходили развитие и рост динозавров.

Возможным это стало благодаря уже накопленным в литературе данным по скорости роста динозавров. Основывались полученные оценки на анализе спилов окаменевших костей, на которых можно различить слои годового прироста (нечто аналогичное тому, что можно видеть на спиле дерева). Для того чтобы рассчитать среднюю температуру, при которой происходил рост динозавров, Гиллули с соавторами использовали предложенную ими ранее (см. J. F. Gillooly et al., 2002. Effects of size and temperature on developmental time) эмпирическую модель — формулу, выражающую скорость роста (прибавку веса за единицу времени) эктотермных животных как функцию массы их тела и температуры. В данном случае решалась обратная задача — по имеющимся сведениям о скорости роста животных и массе тела нужно было рассчитать температуру, при которой происходило развитие.

Срез ребра тираннозавра с четко выраженными слоями годового прироста. Цифры указывают год жизни. Наиболее активный рост был в 14-19 лет. Затем он резко замедлился. Это видно на вставке справа вверху, где линии после 19 лет идут очень тесно друг к другу (соответствующий участок помечен как EFS). Рисунок из статьи Erickson et al. 2004. Gigantism and comparative life-history parameters of tyrannosaurid dinosaurs // Nature. V.430. P.772-775

Неожиданно выяснилось, что температура эта существенно различается для крупных и мелких динозавров (см. рис. из обсуждаемой статьи). Чем больше была масса животного, тем выше средняя температура его тела. Интересно, что на тот же график хорошо легли точки, относящиеся к ныне живущим крокодилам, хотя диапазон их размеров существенно меньше и фактически они соответствуют довольно мелким динозаврам. Увеличение температуры тела с ростом массы у динозавров происходит крайне неравномерно — сначала медленно, а потом гораздо быстрее. Мелкие динозавры (весящие десятки килограммов) имели температуру тела около 25°, что, по-видимому, только слегка превышало среднюю температуру окружающей среды. У динозавров, весящих 200–600 кг, температура была всего на 2° выше, но при дальнейшем увеличении массы температура росла гораздо быстрее и достигала 35° при весе животного в несколько тонн.

Авторы полагают, что в ходе индивидуального развития крупного динозавра температура его тела возрастала. Молодые особи даже очень крупных видов имели такую же температуру, как равные им по размеру взрослые особи мелких видов. С данными, полученными в обсуждаемой статье, интересно сопоставить график, опубликованный пять лет назад в журнале Nature в статье Грегори Эриксона с соавторами (Erickson et al., Dinosaurian growth patterns and rapid avian growth rates // Nature. 2001. V. 412. P. 429-433). Построив (в логарифмических шкалах) зависимости максимальной скорости весового роста (в г/сутки) от дефинитивной (окончательной) массы взрослого организма (в г) для разных групп животных (рыб, современных рептилий, выводковых и отдельно птенцовых птиц, для сумчатых и отдельно плацентарных млекопитающих), эти авторы отложили на тот же график имевшиеся данные по скорости роста динозавров разного размера.

Зависимость максимальной скорости прироста (в г/сутки) от массы тела взрослого животного (в г) для разных групп позвоночных: рыб, современных рептилий, сумчатых млекопитающих (Marsupials), плацентарных млекопитающих (Eutheria), выводковых птиц (Precocial birds), птенцовых птиц (Altricial birds) и динозавров (для них линия регрессии выделена жирным). Буквы в квадратиках соответствуют разным вида динозавров. Например, Sd — Shuvuuia desereti, Pm — Psittacosaurus mongoliensis, Ae — Apatosaurus excelsus. Обе шкалы — логарифмические. Обратите внимание, что линия динозавров резко отличается от других крутизной наклона: скорость их прироста особенно резко возрастает с увеличением массы взрослого животного. Это уже наводит на мысль, что рост более крупных животных, возможно, происходил при более высокой температуре тела. Рисунок из статьи Erickson et al. 2001. Dinosaurian growth patterns and rapid avian growth rates // Nature. V.412. P.429-433

Удивительно, что прямая для динозавров имеет гораздо более крутой наклон, чем линии для всех остальных групп животных (см. рис.). Мелкие динозавры росли примерно с такой же скоростью, как и ныне живущие рептилии, но скорость роста крупных динозавров была сопоставима со скоростью роста плацентарных млекопитающих.

Источник: J. F. Gillooly, A. P. Allen, E. L. Charnov. Dinosaur fossils predict body temperatures // PLoS Biol. 2006. V. 4. № 8. P. e248 (вся статья есть в свободном доступе).

Алексей Гиляров

‹‹