Бозайниците не са първите топлокръвни

Ендотермията е способността на бозайниците и птиците да произвеждат собствена телесна топлина и да контролират телесната си температура.

Ново проучване показва, че топлокръвността се е появила при предците на бозайниците преди около 233 милиона години, много преди произхода на бозайниците, което се е случило преди около 200 милиона години. То посочва малко вероятен източник за определяне кога древните предци на бозайници са станали топлокръвни - размера на малки структури във вътрешните им уши.

Топлокръвността или ендотермията, способността да се поддържа почти постоянна основна телесна температура, е ключова характеристика на бозайниците и птиците. Ендотермите са по-активни в поведението и могат да пътуват по-далеч и да се движат по-бързо от студенокръвните ектотерми, които обикновено са по-бавни, по-малко активни и имат намален аеробен капацитет. Тя е в основата на екологичното господство на бозайниците в почти всяка екосистема в световен мащаб. Независимо от това определянето на момента, в който ендотермията се е появила за първи път в еволюционната история на бозайниците, представлява проблем, тъй като повечето фосилни доказателства са несигурни.

Сега международен екип учени откри доказателство на това ключово еволюционно събитие във вътрешните уши на вкаменелости от важен обект в Кару, Южна Африка, и по целия свят.

Изследователската група, координирана от Рикардо Араужо (Ricardo Araújo) от Лисабонския университет и Ромен Давид (Romain David) от Природонаучния музей в Париж, са публикували наскоро анализите на намерените фосили в списание Nature. Изследователи от Университета Витс (Wits University) в Йоханесбург, Южна Африка, са част от международния екип от учени, провели проучването.

"За пръв път успяваме да проследим в хода на еволюцията пряка последица от възникването на ендотермията върху скелетната анатомия на нашите предци от предкопитните животни", разказва д-р Жулиен Беноа (Julien Benoit), старши изследовател по палеонтология в Института за еволюционни изследвания към Университета Витс. "Това е вълнуващ момент за нашата област на изследване."

Интуицията

Освен че е орган на слуха, във вътрешното ухо се намира и органът на равновесието: полукръглите канали. Трите полукръгли канала на вътрешното ухо са ориентирани в трите измерения на пространството и са пълни с течност, която тече в каналите при движение на главата и активира рецептори, за да информира мозъка за точното триизмерно положение на главата и тялото. За да може органът за равновесие да открива ефективно въртенето на главата и да подпомага равновесието, вискозитетът или течливостта на тази течност (наречена ендолимфа) е от решаващо значение.

Подобно на други течности, вискозитетът на ендолимфата се променя с телесната температура, както парче масло се превръща от твърдо в течно в топъл тиган. Поради това физично свойство повишаването на телесната температура би довело до промяна на вискозитета на ендолимфата. Тази промяна на вискозитета обаче не може да остане без контрол, в противен случай органът за равновесие вече не би работил правилно. Полукръглите канали на вътрешното ухо трябва да се адаптират към новия вискозитет, наложен от по-високата телесна температура: те трябва да променят геометрията си.

^{Разлики в размера между вътрешните уши (в сиво) на топлокръвните (вляво) и студенокръвните (вдясно) предци на бозайници. Вътрешните уши се сравняват за животни с подобни размери на тялото. Кредит: Romain David и Ricardo Araújo}

Интуицията на двамата водещи автори на откритието, д-р Рикардо Араужо и д-р Ромен Давид , подсказва, че тази промяна във формата на полукръглите канали ще бъде лесно проследима в геоложкото време с помощта на фосилите. Определянето на видовете, при които е настъпила тази промяна в геометрията, би било точен ориентир за това кога се е развила ендотермията: ориентирът, който определя кога предците на бозайниците са преминали от студенокръвни към топлокръвни.

"Досега полукръглите канали обикновено се използваха за прогнозиране на локомоцията (формата на придвижване) на изкопаеми организми. Като разгледахме внимателно биомеханиката им обаче, стигнахме до извода, че можем да ги използваме и за извод за телесната температура. Това е така, защото, подобно на меда, течността, съдържаща се в полукръглите канали, става по-малко вискозна при повишаване на температурата, което оказва влияние върху функциите. Следователно по време на прехода към ендотермия са били необходими морфологични адаптации, за да се поддържат оптимални показатели, и ние можем да ги проследим при предците на бозайниците", разказва д-р Ромен Давид, постдокторант в Природонаучния музей и водещ автор на статията.

"Изследването на структурата на полукръглите канали на вътрешните уши на предците на бозайниците може да ни помогне да проучим кога е настъпил този преход към ендотермия", отбелязва д-р Рикардо Араужо.

_{Мозъкът (розово) и вътрешното ухо (зелено) на съвременен бозайник, примат, реконструирани в 3D. Жулиен Беноа}

Приносът на вкаменелостите от Кару

Изследователите установяват, че геометрията на каналите на вътрешното ухо се е адаптирала към сравнително рязка промяна във вискозитета на ендолимфата преди около 233 милиона години, което показва, че общата телесна температура на предците на бозайниците е станала по-топла по това време.

Вкаменелостите от южноафриканската област Кару изиграват ключова роля за това откритие, отчасти поради богатството от фосили на предци на бозайниците, които скалите на Кару са създали и са обект за повече от сто години проучвания.

Костното вътрешно ухо на маймуна Saimiri (в синьо) и меките тъкани в него (в червено). Отношенията между костните и мекотъканните структури са изследвани при съществуващи видове, за да се направи извод за функцията на вътрешното ухо при вкаменелостите и да се заключи дали са били студенокръвни или топлокръвни. Кредит: Romain David

Южноафриканските вкаменелости предлагат непрекъснат запис на еволюцията на живота в интервал от почти 100 милиона години, документирайки в изящни детайли трансформацията от влечугоподобни животни (терапсиди) до бозайници. Освен това, тъй като по онова време Кару е бил разположен по-близо до Южния полюс в резултат на континенталния дрейф, по-високата телесна температура, за която говори геометрията на вътрешното ухо, не може да се дължи на общо по-топъл климат.

"Тъй като климатът в Южна Африка е бил средно по-студен, промяната във вискозитета на течността във вътрешното ухо може да е причинена единствено от като цяло по-висока телесна температура при предците на бозайниците", отбелязва Беноа.

С помощта на най-съвременни техники за компютърна томография и 3D моделиране изследователите успяват да реконструират вътрешното ухо на десетки предци на бозайници от южноафриканската област Кару и други части на света и успяват да посочат точно кои видове имат анатомия на вътрешното ухо, съответстваща на по-топла телесна температура, и кои не.

Промяна на парадигмата

Досега общото очакване бе, че ендотермията се е появила много близо до границата между Перм и Триас, преди около 252 милиона години, или може би по-близо до появата на бозайниците преди 200 милиона години. Новите резултати показват, че ендотермията се е появила при предците на бозайниците преди около 233 милиона години. Тази нова дата е в съответствие с неотдавнашните открития, че много от чертите, които обикновено се свързват с "бозайниците", като вибриси (мустаци) и козина, също са се развили по-рано от очакваното досега. Още по-важно е, че резултатите потвърждават, че еволюционният преход към топлокръвност е бил неочаквано бърз.

_{Тритилодон, терапсид, реконструиран предшественик на бозайниците, издишващ топъл въздух в мразовита нощ, намеквайки за ендотермия. Кредит: Luzia Soares}.

"Противно на сегашното научно мислене, нашата статия изненадващо показва, че придобиването на ендотермия изглежда е станало много бързо в геологичен план, за по-малко от един милион години", посочва д-р Рикардо Араужо. "Това не е бил постепенен, бавен процес в продължение на десетки милиони години, както се смяташе досега, а може би е бил постигнат бързо, когато е бил задействан от нови метаболитни пътища, подобни на тези на бозайниците, и произхода на козината."

"Произходът на ендотермията при бозайниците е една от големите неразгадани загадки на палеонтологията", казва д-р Кенет Д. Ангелчик (Kenneth D. Angielczyk), куратор по палеомамалогия във Фийлдския музей по естествена история, САЩ, и старши автор на статията.

"Използвани са много различни подходи, за да се опитаме да прогнозираме кога за пръв път се е развил, но те често са давали неясни или противоречиви резултати. Смятаме, че нашият метод е наистина обещаващ, защото е потвърден с помощта на много голям брой съвременни видове и предполага, че ендотермията е еволюирала по време, когато много други характеристики на телесния план на бозайниците също са си идвали на мястото."

Справка: “Inner ear biomechanics reveals a Late Triassic origin for mammalian endothermy” by Ricardo Araújo, Romain David, Julien Benoit, Jacqueline K. Lungmus, Alexander Stoessel, Paul M. Barrett, Jessica A. Maisano, Eric Ekdale, Maëva Orliac, Zhe-Xi Luo, Agustín G. Martinelli, Eva A. Hoffman, Christian A. Sidor, Rui M. S. Martins, Fred Spoor and Kenneth D. Angielczyk, 20 July 2022, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-022-04963-z

Източници:

Warm-Bloodedness Appeared in Mammalian Ancestors 233 Million Years Ago, Study Suggests, Sci-News.com

“Smoking Gun” Evidence That Mammals Were Not the First To Be Warm-Blooded
University Of The Witwatersrand

Още по темата

22/06/2022

Животът

Животните израстват по-бързо и по-умни след масово измиране

30/05/2022

Животът

Повечето динозаври са били топлокръвни. Това не им е помогнало да оцелеят

10/12/2021

Животът

Как са ходели и летели най-големите летящи животни в историята на Земята

08/12/2021

Животът

Идентифицирана е за първи път ларвата на гигантската риба луна и е невероятно очарователна (видео)