Окаменелости каро дают «дымовую пушку» в ключах к разгадке того, когда теплокровные животные эволюционировали от предков млекопитающих

Эндотермия, или теплокровность, — это способность млекопитающих и птиц производить собственное тепло тела и контролировать температуру своего тела.

Это существенное отличие от хладнокровных рептилий лежит в основе экологического преобладания млекопитающих почти во всех экосистемах мира. До сих пор точно не было известно, когда у предков млекопитающих возникла эндотермия. Группа международных ученых, включая исследователей из Университета Витватерсранда (Университет Витса) в Йоханнесбурге, Южная Африка, обнаружила дымовую пушку этого ключевого эволюционного события во внутреннем ухе окаменелостей из Южной Африки и всего мира.

Новое исследование указывает на появление эндотермии у предков млекопитающих около 233 миллионов лет назад, задолго до возникновения млекопитающих, которое произошло около 200 миллионов лет назад. Это исследование носит название Биомеханика внутреннего уха раскрывает происхождение позднетриасового периода млекопитающих Опубликовано в вспыльчивый характер.

Доктор Джулиан Бенуа, старший научный сотрудник в области палеонтологии Института эволюционных исследований Университета Витса, говорит: «Это захватывающее время для нашей области исследования».

интуиция

Внутреннее ухо — это не только орган слуха, но и орган равновесия: полукружные каналы. Полукружные каналы внутреннего уха ориентированы в трех измерениях пространства и заполнены жидкостью, которая втекает в каналы при движении головы и активирует рецепторы, чтобы сообщить мозгу точное трехмерное положение головы и тела. Вязкость или текучесть этой жидкости (называемой эндолимфой) имеет первостепенное значение для органа равновесия для эффективного обнаружения вращения головы и помощи в равновесии.

Как и для любой другой жидкости, вязкость эндолимфы меняется в зависимости от температуры тела, подобно тому, как кусок масла превращается из твердого состояния в жидкое на теплой сковороде. Благодаря этому физическому свойству вязкость эндолимфы будет изменяться при развитии повышения температуры тела. Однако это изменение вязкости нельзя оставлять без внимания, потому что уравновешивающий элемент перестанет работать должным образом. Полукружные каналы внутреннего уха должны приспособиться к новой вязкости, вызванной высокой температурой тела: они должны изменить свою геометрию.

Главной интуицией ведущих авторов открытия, доктора Рикардо Араужо (Лиссабонский университет) и доктора Романа Давида (Музей естественной истории в Париже), было осознание того, что это изменение формы полукружных каналов легко проследить по геологии во время использования окаменелостей. Точное определение вида, у которого произошло это изменение геометрии, послужило бы точным ключом к истории эндотермической эволюции: дымящийся пистолет, который определяет, когда предки млекопитающих перешли от хладнокровных к теплокровным.

До сих пор полукружные каналы обычно использовались для предсказания движения ископаемых организмов. Однако, внимательно изучив их биомеханику, мы обнаружили, что можем также использовать их для определения температуры тела. Это связано с тем, что, подобно меду, жидкость внутри полукружных протоков становится менее вязкой при повышении температуры, влияя на функцию. Следовательно, при переходе к эндотермии для поддержания оптимального функционирования требовались морфологические модификации, и мы можем проследить их до предков млекопитающих», — говорит доктор.

Вклад окаменелостей Кару

Команда обнаружила, что архитектура каналов внутреннего уха адаптировалась к относительно резкому изменению вязкости эндолимфы около 233 миллионов лет назад, что указывает на то, что общая температура тела предков млекопитающих в это время стала намного выше.

Окаменелости из южноафриканского Кару сыграли важную роль в этом открытии, отчасти из-за множества окаменелостей предков млекопитающих, которые были получены породами эпохи Кару за более чем сто лет изучения.

Окаменелости Южной Африки представляют собой непрерывный отчет об эволюции жизни в течение почти 100 миллионов лет, документируя в мельчайших подробностях переход от рептилоподобных животных (терапсидов) к млекопитающим. Кроме того, поскольку Кару в то время находился недалеко от Южного полюса в результате дрейфа континентов, более высокая температура тела, указанная геометрией внутреннего уха, не могла быть связана с более теплым климатом в целом.

«Поскольку климат в Южной Африке в среднем был прохладнее, изменение вязкости жидкости внутреннего уха могло быть связано только с более высокой общей температурой тела у предков млекопитающих», — говорит Бенуа.

Используя новейшие методы компьютерной томографии и 3D-моделирования, исследователи смогли реконструировать внутреннее ухо десятков предков млекопитающих из южноафриканского Кару и других стран мира, а также смогли идентифицировать виды с последовательной анатомией внутреннего уха. С высокой температурой тела, чего не было.

сменить модель

До сих пор считалось, что эндотермия возникла около границы пермо-триаса, около 252 миллионов лет назад, или, возможно, ближе к происхождению млекопитающих 200 миллионов лет назад. Новые данные указывают на то, что эндотермы появились у предков млекопитающих около 233 миллионов лет назад. Эта новая дата согласуется с недавними выводами о том, что многие черты, обычно связанные с «млекопитающими», такие как усы и мех, также развились раньше, чем предполагалось ранее. Важно отметить, что результаты подтверждают, что эволюционный переход к теплу был неожиданно быстрым.

— говорит доктор Рикардо Араужо, младший научный сотрудник Института ядерной плазмы Э. Фосау Высшего технического института Лиссабонского университета и ведущий автор статьи. «Это не был постепенный и медленный процесс в течение десятков миллионов лет, как считалось ранее, но, возможно, он был достигнут быстро, когда был вызван новыми метаболическими путями, подобными млекопитающим, и происхождением меха».

Доктор Кеннет Д. говорит: Ангелчик, Макартур, куратор отдела палеонтологии в Полевом музее естественной истории США и старший автор статьи: «Происхождение эндотермии у млекопитающих — одна из величайших неразгаданных тайн палеонтологии».

Было использовано множество различных подходов, чтобы попытаться предсказать, когда они впервые развились, но они часто давали неоднозначные или противоречивые результаты. Мы считаем, что наш метод является многообещающим, потому что он был проверен с использованием очень большого количества современных видов и предполагает, что эндотермия развилась в то время, когда многие другие особенности строения тела млекопитающих также существовали».

Leave a Comment