Ни то ни се Динозавры "застряли" на полпути от холодно- к теплокровности

На днях в престижном научном журнале Science появилась статья, авторы которой изучали вопрос о том, были ли динозавры теплокровными существами. Такое мнение становится все более популярным среди палеонтологов - сегодня значительная часть специалистов, изучающих древних рептилий, полагают, что их метаболизм напоминал, скорее, метаболизм млекопитающих, чем метаболизм, например, ящериц. Однако единой точки зрения до сих пор не сформировалось - более того, многие ученые не исключают, что динозавры могли занимать некое промежуточное положение и их нельзя однозначно причислить ни к холоднокровным, ни к теплокровным существам.

Нынешняя смена парадигмы - не первая в истории изучения вымерших гигантских пресмыкающихся. Первый скелет динозавра был описан в 1820-х годах британским палеонтологом Уильямом Баклэндом, и вслед за ним другие исследователи "по умолчанию" полагали, что обмен веществ этих гигантских хищных ящеров напоминал обмен веществ современных млекопитающих.

Хищничество динозавров (первые найденные ящеры были, в основном, плотоядными) было одним из основных аргументов в пользу такой точки зрения, так как выслеживание и погоня за добычей - это весьма энергозатратные процессы. Впрочем, огромным травоядным динозаврам - некоторые зауроподы могли достигать в длину 60 метров - чтобы прокормиться, приходилось постоянно передвигаться в поисках еды, так что они также тратили огромное количество энергии.

По мере обнаружения новых останков некоторые ученые пришли к выводу, что динозавры были прародителями или близкими родственниками современных птиц, поэтому вопрос об их теплокровности решался однозначно. Однако в начале XX века зародилось и стало доминировать мнение о том, что вымершие рептилии обладали таким же метаболизмом, как и их современные родственники. Такой взгляд на динозавров продержался до 1960-х годов, когда американский палеонтолог Джон Остром вновь заострил внимание на высокой активности динозавров и их сходстве с птицами, а не с ящерами.

Аргументы "за"

Обмен веществ современных птиц и млекопитающих, когда они активны, превышает уровень их обмена веществ во время отдыха в 10-20 раз (хотя у некоторых существ этот показатель может доходить до 70). Если предположить, что по крайней мере некоторые динозавры были столь же активны, как и млекопитающие, то их уровень метаболизма также должен был находиться где-то в этих пределах. Неторопливые холоднокровные существа просто не способны поддерживать столь высокую интенсивность обмена веществ.

Помимо высокой активности динозавров существует еще ряд аргументов в пользу тезиса об их теплокровности. В частности, в пользу правомерности этого утверждения свидетельствует наличие в костях динозавров гаверсовых каналов – узких отверстий в костной ткани, в которых проходят кровеносные сосуды. Гаверсовы каналы характерны, в основном, для теплокровных животных - благодаря им кость быстрее растет и восстанавливается после повреждений. Кроме гаверсовых каналов палеонтологи, изучавшие микроструктуру костей динозавров, обнаружили четкие признаки, указывавшие, что их кости росли с той же скоростью, что и кости млекопитающих. Вообще, анатомия костей древних ящеров больше напоминала анатомию костей птиц или зверей, а не пресмыкающихся (термин "звери" в биологии часто используется в качестве синонима к слову "млекопитающие").

Наконец, многие останки динозавров были найдены в высоких широтах или на территориях, которые во времена господства ящеров на Земле располагались значительно ближе к полюсам, чем сейчас. Холоднокровные существа не смогли бы выжить в морозном климате, так как температура их тела зависит от температуры окружающей среды, а для поддержания метаболизма на высоком уровне необходимо довольно сильно "прогревать" ткани и органы.

Аргументы "против"

Однако у ученых есть соображения, не позволяющие однозначно признать динозавров теплокровными. Один из главных контраргументов - размер древних ящеров. Скорость выделения тепла любым физическим телом - неважно, живым или неживым, пропорциональна его объему, или кубу его линейного размера. При этом скорость отвода тепла от тела пропорциональна его площади - то есть квадрату линейного размера. Соответственно, чем больше тело, тем хуже оно избавляется от избытков тепла.

Если бы гигантские динозавры "нагревались" так же эффективно, как относительно небольшие млекопитающие, то температура их внутренностей очень быстро достигла бы 45-50 градусов Цельсия - это слишком много для большинства белков. Лучше всего процесс, который происходил бы с теплокровными динозаврами в этом случае, описывается термином "свариться заживо".

Чтобы не допустить такого печального сценария, древние ящеры должны были развить какие-то эффективные системы охлаждения - например, воздушные мешки, подобные аналогичным структурам у птиц. Пока палеонтологи не обнаружили достоверных свидетельств того, что у динозавров действительны были подобные образования. Однако некоторые авторы предполагают, что крупные травоядные ящеры могли отводить избыточное тепло через очень длинные шею и хвост. Кроме того, у динозавров могли существовать неизвестные ученым системы охлаждения.

Избавление от излишков тепла было особенно актуально для динозавров по причине того, что в юрском периоде, когда динозавры достигли своего расцвета, на планете было значительно теплее, чем сейчас. Ледяные шапки на обоих полюсах если и были, то их площадь была очень незначительной. Соответственно, даже у динозавров, живших в высоких широтах, не было особой нужды во внутреннем обогреве.

Не является абсолютным и анатомический аргумент о "зверином" строении костей динозавров - в некоторых работах было показано, что при определенных условиях холоднокровные современные рептилии способны очень быстро наращивать количество костной ткани.

Золотая середина

Вероятнее всего, динозавры "застряли" где-то на середине пути от холоднокровных к теплокровным животным. Более того, для корректного описания вымерших ящеров стоит не делать жесткий выбор между этими двумя терминами, а несколько расширить их. Теплокровность или холоднокровность живого существа определяется тремя ключевыми составляющими: способом поддержания температуру тела, "размахом" ее колебаний и уровнем метаболизма в покое.

Животное может регулировать температуру тела за счет своих внутренних ресурсов (например, "сжигая" калории, уменьшая или увеличивая интенсивность кровотока или сокращая мышцы) - и тогда оно называется эндотермным, или же полагаясь только на изменения окружающей среды (экзотермные животные).

Разброс температур тела, при которых существо остается живым, может варьироваться в очень широких пределах. Животных, способных сильно разогреваться и сильно охлаждаться, называют пойкилотермными, а существа, чей организм остается жизнеспособным в относительно узких температурных рамках, называются гомойотермными.

Наконец, различные животные сильно отличаются по уровню метаболизма в спокойном состоянии. Существ, поддерживающих постоянно высокую интенсивность обмена веществ, обозначают термином тахиметаболические, а организмы с невысоким уровнем обмена в покое зовутся брадиметаболическими.

Животное считается "стопроцентно" теплокровным, если у него присутствуют все три качества, обозначаемые приведенными выше страшными словами: эндотермность, гомойотермия и тахиметаболизм. Соответственно, "правильное" холоднокровное животное должно быть эктотермным, пойкилотермным и брадиметаболическим.

Однако в природе существует масса исключений - живых существ со смешением этих признаков. Например, температура тела голых землекопов - небольших грызунов, лишенных шерсти - изменяется вместе с температурой в их норе (правда, колебания эти небольшие, поэтому землекопы остаются гомойотермными). Еще один пример "неполноценного" теплокровного - это медведь, организм которого во время спячки охлаждается до 30 градусов Цельсия, а уровень обмена веществ падает до типично брадиметаболического. С другой стороны, бражники за счет сокращений мощной мускулатуры крыльев способны поддерживать температуру тела намного выше температуры окружающей среды.

Вероятно, динозавры также не были "чисто" холоднокровными или "чисто" теплокровными. Небольшие активные хищники могли больше напоминать современных млекопитающих, а метаболизм неповоротливых травоядных гигантов подходил под определение инерционной гомойотермии - их тела медленно нагревались до высоких температур, а затем, благодаря большим размерам, медленно остывали. В теплом климате юрского периода такая неспешность позволяла огромным травоядным все время ощущать себя вполне комфортно. За 150 миллионов лет - а именно столько времени динозавры процветали на Земле - природа могла изобрести и опробовать массу вариантов терморегуляции, так что очень может быть, что разные группы гигантских ящеров использовали разные способы для того, чтобы жить в гармонии с окружающей средой.

"Неполноценная" теплокровность динозавров может показаться странной, однако это поверхностное впечатление. Для выживания организму вовсе не обязательно быть идеально скроенным - достаточно быть приспособленным к текущим условиям. И тот факт, что динозавры "продержались" на планете в тысячу раз дольше, чем существует современный человек, неоспоримо свидетельствует, что с приспособленностью у древних ящеров было все в порядке.