Тайна эволюции теплокровных млекопитающих наконец-то может быть раскрыта

Когда около 230 миллионов лет назад первые динозавры встали на ноги, появились и предки современных млекопитающих. Где-то на этом пути они развили удивительную способность: генерировать собственное тепло. 

Этот решающий эволюционный шаг к эндотермии - способности генерировать тепло изнутри и поддерживать практически постоянную температуру тела даже при колебаниях температуры окружающей среды - 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 эволюционных биологов - до сих пор.

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

Эти доказательства были найдены не в крови, а в окаменевших внутренних ушах древних предков млекопитающих.

Хотя внутреннее ухо может показаться маловероятным местом для поиска информации 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 по крошечным полукружным каналам внутреннего уха.

Основная задача этих петляющих, заполненных жидкостью структур внутреннего уха - помогать определять движение головы, что необходимо для равновесия, зрения и координированных движений.

"До сих пор полукружные каналы обычно использовались для прогнозирования локомоции ископаемых организмов", - объясняет Ромен Давид, автор исследования и палеонтолог, специализирующийся на биомеханике ушных каналов в Музее естественной истории Великобритании в Лондоне.

"Однако, внимательно изучив их биомеханику, мы поняли, что можем использовать их и для определения температуры тела".

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

Они достаточно уверены в своем новом методе анализа размеров и формы костных и мягких тканей внутреннего уха, чтобы сделать вывод о том, жарко или холодно животным, проверив его на более чем 360 живых и вымерших позвоночных животных, прежде чем вернуться к ископаемым.

Эти предварительные анализы показали, что каналы внутреннего уха животных с устойчивой высокой температурой тела, таких как млекопитающие, должны были изменить форму, чтобы нормально функционировать при более холодной жидкости.

Это означает, что структура внутреннего уха может быть использована в качестве точного ориентира для определения времени развития эндотермии.

Действительно, когда исследователи проанализировали окаменелости из группы 56 вымерших видов, от которых произошли млекопитающие, они заметили, что у этих древних животных были меньшие каналы и более узкие протоки, чем у аналогичных по размеру холоднокровных существ.

Эти изменения в структурах внутреннего уха были резкими, обнаружили исследователи, и коррелировали с резким повышением температуры тела примерно на 5-9 градусов Цельсия (9-16 градусов по Фаренгейту).

Моделирование изменений в окаменелых ушах с течением времени позволяет предположить, что эндотермия развилась гораздо позже и, следовательно, быстрее, чем предполагали палеонтологи - примерно менее чем за миллион лет.

Возможно, эти предки обросли мехом одновременно с тем, как их метаболизм переключился на поддержание более высокой температуры тела в то время, когда климат триасового периода быстро охлаждался.

"Эндотерий, как важнейшая физиологическая характеристика, присоединяется к другим отличительным особенностям млекопитающих, возникшим в этот период климатической нестабильности", - пишут Араужо и его коллеги в своей статье.

"Это не был постепенный, медленный процесс в течение десятков миллионов лет, как считалось ранее, но, возможно, он был достигнут быстро, когда были запущены новые метаболические пути, подобные млекопитающим, и возникновение меха", - добавляет Араужу в пресс-релизе.

Хотя жизнь, которую мы видим на Земле сегодня, показывает, насколько выгодной для птиц и млекопитающих была эволюция теплокровности, вряд ли она была единственной причиной экологического доминирования эндотермов.

Исследование Араужу, Анжельчика и их коллег перекликается с другим исследованием, опубликованным в журнале Nature в начале этого года, в котором использовались столь же изобретательные методы для вывода о том, что большинство динозавров были не эктотермами, как современные рептилии, на которых они похожи, а теплокровными животными, такими как птицы и млекопитающие.

Что интересно в этом выводе молекулярного палеобиолога Йельского университета Ясмины Виманн и ее коллег, так это то, что он, похоже, исключает другую давнюю гипотезу о том, что теплокровность птиц и млекопитающих каким-то образом помогла их предкам выжить во время массового вымирания в конце мелового периода, которое уничтожило большинство динозавров.

Так что, как это часто бывает в палеонтологии, когда раскрываются потенциальные ответы на одну загадку, другой сюжет становится все более запутанным.

Новое исследование было опубликовано в журнале Nature.