Тайна эволюции теплокровных млекопитающих наконец может быть разгадана

Примерно 230 миллионов лет назад, когда по Земля стали ходить первые динозавры, появились и предки современных млекопитающих. В какое-то время они развили замечательную способность: генерировать собственное тепло.

Этот решающий эволюционный шаг к эндотермии — способности генерировать тепло изнутри и поддерживать почти постоянную внутреннюю температуру тела даже при колебаниях температуры окружающей среды — с тех пор позволил этому разнообразному классу животных процветать во множестве сред по всему миру.

Но когда именно теплокровность, или эндотермия, впервые развилась у животных, оставалось большой загадкой для биологов-эволюционистов — до сих пор.

Новое исследование международной группы ученых под руководством палеонтолога Лиссабонского университета Рикардо Араужо обнаружило доказательства того, что эндотермия возникла около 233 миллионов лет назад, в позднем триасе, геологической эпохе, которая ознаменовала эпоху динозавров.

Это доказательство было найдено не в крови, а в окаменелых внутренних ушах предков древних млекопитающих.

Хотя внутреннее ухо может показаться маловероятным местом для поиска подсказок о температуре тела, на самом деле это был логичный шаг после того, как исследователи поняли, что температура тела влияет на вязкость или текучесть жидкости, которая течет вокруг крошечных полукружных каналов слухового прохода внутреннего уха.

Основная задача этих петлеобразных, заполненных жидкостью структур внутреннего уха состоит в том, чтобы помочь обнаружить движение головы, что необходимо для равновесия, зрения и скоординированных движений.

«До сих пор полукружные каналы обычно использовались для предсказания передвижения ископаемых организмов», — говорят ученые.

«Однако, внимательно изучив их биомеханику, мы поняли, что можем также использовать их для определения температуры тела».

В прошлом использовалось несколько различных подходов, чтобы точно определить, когда эндотермия, вероятно, развилась у древних млекопитающих и птиц. Но те исследования, которые пытались связать скорость метаболизма, использование кислорода и следы волос на теле со средней температурой тела, давали расплывчатые или противоречивые результаты, говорят исследователи.

Они достаточно уверены в своем новом методе анализа размера и формы костных и мягких тканей внутреннего уха, чтобы сделать вывод о том, были ли животные теплыми или холодными, подтвердив его на более чем 360 живых и вымерших позвоночных, прежде чем вернуться к летописи окаменелостей.

Эти предварительные анализы показали, что внутренние слуховые проходы животных с устойчиво высокой температурой тела, таких как млекопитающие, должны были изменить форму, чтобы продолжать нормально функционировать с жидкостями внутри.

Это означает, что строение внутреннего уха можно использовать как точное указание на то, когда развилась эндотермия.

Действительно, когда исследователи проанализировали окаменелости группы из 56 вымерших видов, от которых произошли млекопитающие, они заметили, что у этих древних животных каналы были меньше и более узкие, чем у хладнокровных существ такого же размера.

Исследователи обнаружили, что эти изменения структур внутреннего уха были внезапными и коррелировали с резким повышением температуры тела примерно на 5-9 градусов по Цельсию.

Моделирование, позволяющее проследить изменения в окаменелых ушах с течением времени, предполагает, что эндотермия развилась намного позже и, следовательно, быстрее, чем думали палеонтологи — примерно менее чем за миллион лет.

Возможно, эти предки отращивали мех в то время, когда их метаболизм ускорялся, чтобы поддерживать более высокую температуру тела в то время, когда климат Триаса быстро охлаждался.

«Эндотерапия, как важнейшая физиологическая характеристика, сочетается с другими отличительными чертами млекопитающих, возникшими в этот период климатической нестабильности», — говорят ученые.

«Это не был постепенный, медленный процесс в течение десятков миллионов лет, как считалось ранее, но, возможно, он был достигнут быстро, когда был вызван новыми метаболическими путями».

Хотя жизнь, которую мы наблюдаем сегодня на Земле, показывает, насколько полезной всегда была эволюция теплокровности для птиц и млекопитающих, вряд ли это единственная причина, по которой эндотермы стали доминировать.

Новое исследование перекликается с другим исследованием, опубликованным в журнале Nature ранее в этом году, в котором использовались некоторые столь же оригинальные методы, чтобы сделать вывод, что большинство динозавров не были экзотермами, как современные рептилии, на которых они похожи, а были теплокровными животными, такими как птицы и млекопитающие.

Что интересно в этом открытии, так это то, что оно, по-видимому, исключает другую давнюю гипотезу о том, что теплокровность птиц и млекопитающих каким-то образом помогла их предкам пережить массовое вымирание в конце мелового периода, которое уничтожило динозавров.

Так что, как это часто бывает в палеонтологии, когда раскрываются потенциальные ответы на одну загадку, появляется другая.

Новое исследование было опубликовано в журнале Nature.