Велоцирапторы и тираннозавры оказались теплокровными, а стегозавры — нет

На протяжении десятилетий палеонтологи спорили, были ли динозавры теплокровными, как современные млекопитающие и птицы, или хладнокровными, как современные рептилии. Знание этого позволило бы понять, насколько они были активны и какова была их повседневная жизнь, но уверенно ответить на данный вопрос не удавалось. Теперь ученые представили новый метод изучения скорости метаболизма динозавров, использующий химические подсказки в костях.
«Нас как палеонтологов это очень волнует. Вопрос о том, были ли динозавры теплокровными или хладнокровными, — один из старейших вопросов в палеонтологии, и теперь мы думаем, что пришли к единому мнению, что большинство динозавров были теплокровными», — говорит ведущий автор статьи Ясмина Виманн (Jasmina Wiemann) из Калифорнийского технологического института.
Животные с высокой скоростью метаболизма эндотермичны, или теплокровны, они потребляют много кислорода и должны сжигать много калорий, чтобы поддерживать температуру тела и оставаться активными. Хладнокровные, или экзотермические, животные, такие как рептилии, меньше дышат и меньше едят. Их образ жизни менее энергетически затратен, чем у теплокровных животных, но за это приходится платить: температура тела хладнокровных животных зависит от внешних условий и они, как правило, менее активны, чем теплокровные существа.
Ученые пытались определить скорость метаболизма динозавров на основе химического и остеогистологического анализа их костей. «Ранее кости динозавров изучали с помощью изотопной геохимии, которая в основном работает как палеотермометр, — говорит Виманн. — Исследователи изучают минералы в окаменелостях и определяют, при каких температурах эти минералы будут формироваться. Это действительно классный подход, его появление произвело революцию, и он продолжает давать очень интересные сведения о физиологии вымерших животных. Но мы еще не совсем понимаем, как процессы окаменения изменяют изотопные сигналы, которые мы получаем, поэтому трудно однозначно сравнить данные окаменелостей с современными животными».
Еще один метод изучения метаболизма — скорость роста. «Если посмотреть на поперечное сечение костной ткани динозавра, там виден ряд линий, похожих на годичные кольца деревьев, которые соответствуют годам роста, — говорит один из авторов работы Маттео Фаббри (Matteo Fabbri) из Музея естественной истории имени Филда в Чикаго. — Посчитав линии роста и измерив расстояния между ними, можно увидеть, как быстро рос динозавр. Ограничение метода зависит от того, как вы преобразуете оценки скорости роста в метаболизм: более быстрый или более медленный рост может быть связан со стадией жизни животного, а не с его метаболизмом».
Новый метод, предложенный Виманн, Фаббри и их коллегами, направлен на один из самых основных признаков метаболизма: использование кислорода. При дыхании животных образуются побочные продукты, которые реагируют с белками, сахарами и липидами, оставляя после себя молекулярные следы, чрезвычайно стабильные и нерастворимые в воде, поэтому они сохраняются в процессе окаменения. По ним можно оценить, сколько кислорода вдыхал динозавр и, следовательно, какова была скорость его метаболизма.
Состав костей динозавров авторы работы исследовали с помощью рамановской инфракрасной спектроскопии и инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье. Они проанализировали бедренные кости 55 различных групп животных, включая динозавров, их летающих родственников птерозавров, их более дальних морских родственников плезиозавров, а также современных птиц, млекопитающих и ящериц. Ученые сравнили количество молекулярных побочных продуктов, связанных с дыханием, у современных животных с известной скоростью метаболизма и использовали эти данные, чтобы сделать вывод о скорости метаболизма древних животных.
Они выяснили, что скорость метаболизма динозавров в целом была высокой, но имелись и исключения. Ящеротазовые динозавры, такие как трицератопс и стегозавр, имели низкую скорость метаболизма, сравнимую с таковой у хладнокровных современных животных. Представители другой группы — птицетазовых динозавров, куда входили тероподы и зауроподы — двуногие, более похожие на птиц хищные динозавры, такие как велоцираптор и тираннозавр, а также гигантские травоядные динозавры с длинной шеей, такие как брахиозавр, — оказались теплокровными. Более того, у некоторых из них скорость метаболизма была сравнима с современными птицами и намного выше, чем у млекопитающих. Динозавры-тероподы — группа, в которую входят птицы, — развили высокий метаболизм еще до того, как некоторые из их представителей научились летать.
«Динозавры с более низким уровнем метаболизма в какой-то степени зависели от внешней температуры, — говорит Ясмина Виманн. — Ящерицы и черепахи сидят на солнце и греются, и нам, возможно, придется рассмотреть подобную "поведенческую" терморегуляцию у птицетазовых динозавров с исключительно низким уровнем метаболизма. С другой стороны, теплокровные динозавры должны были быть более активными, и им нужно было много есть. Теплокровные гигантские зауроподы были травоядными, и для питания этой метаболической системы требовалось много растительного вещества. У них была очень эффективная пищеварительная система, и, поскольку они были такими большими, для них, вероятно, было больше проблем с охлаждением, чем нагревом».
Исследование опубликовано в журнале Nature.