Издательство «Эксмо» представляет книгу Юрия Угольникова «Динозавры против млекопитающих. История соперничества, которая не закончилась до сих пор».
История жизни — это история борьбы, войн разной степени кровавости, союзов разной степени странности, хитроумных стратегий, запутанных сюжетов и неожиданных развязок. Результатом противоборства млекопитающих и динозавров стало появление нас с вами. Историк и литературный критик Юрий Угольников разворачивают захватывающий рассказ возникновения и соперничества живых организмов нашей планеты. Тайные враги и неожиданные друзья. Исчезновения и внезапные возвращения. Катаклизмы, вымирания и зарождения новой жизни.
Предлагаем прочитать фрагмент книги.
Хотя сейчас это кажется уже маловероятным, но существует теория, согласно которой динозавры в полном смысле не были теплокровны. Высокая температура в их организмах поддерживалась за счет огромных размеров (разумеется, у взрослых особей), явление получило название инерционной гомойотермии. Исследование костей динозавров и их сравнение с костями млекопитающих показывают все признаки сходного, весьма быстрого метаболизма — высокую долю вторичной костной ткани, связанной с многочисленными гаверсовыми каналами. То есть налицо вроде бы теплокровность. Однако строение костей динозавров сильно различается в зависимости от размеров. У небольших динозавров кости практически рептильные. Значит, и метаболизм довольно медленный. По мере увеличения размеров он делался всё стремительнее, а температура — всё выше.
Однако пример, по которому мы сегодня можем составить хоть какое-то представление об инерционной гомойотермии, показывает, что при таком способе «обогрева», если бы именно обогрев был действительным препятствием, океаны остались бы для динозавров вполне доступны. Сегодня какое-то подобие инерциальной гомойотермии можно наблюдать у крокодилов, но, во-первых, поддержанию ее способствует то, что крокодилы обитают исключительно в зоне тропического климата, где температурные колебания весьма слабы, и во-вторых, живут они именно в водоемах, в пресных водоемах, хорошо прогреваемых и медленно остывающих.
То есть жизнь в водоемах (по крайней мере пресных) не только не препятствует обретению инерциальной гомойотермии, но и способствует ей (а в мезозое и моря, как я писал выше, были отлично прогреты). Более того, именно крокодилы — единственные известные мезозойские архозавры (за исключением уже названных и сравнительно поздних птиц), приспособившиеся к жизни в открытом море. Да и сегодня гребнистые крокодилы отлично чувствуют себя в соленой воде (хотя ее нельзя назвать естественной средой их обитания).
Другой пример — кожистая черепаха. Это животное «умеренно» теплокровное — мезотермное. Их мезотермность, видимо, также достигается за счет довольно большого размера, то есть инерциальной гомойотермии (в данном случае мезотермии), и никоим образом не препятствует обитанию в море. Черепахи, напомню, появились еще в мезозое, и среди них были и виды значительно крупнее современных нам черепах, например гигантская черепаха архелон (Archelon ischyros). Конечно, чтобы быть уверенными в скорости ее метаболизма, необходимы специальные гистологические исследования, но и сейчас можно (проводя аналогию с современными кожистыми черепахами) с большой долей уверенности говорить, что они могли быть частично теплокровны.
В пользу того, что высшие динозавры отапливались не только за счет размеров, говорит то, что именно архозавры (птерозавры), как уже сказано, первыми из позвоночных завоевали воздух и освоили машущий полет, а он требует большой траты энергии и активного обмена веществ. Многочисленные, порой весьма экзотичные попытки «создать летуна» на завровой, или амфибийной, основе дали ряд необычных существ, но не продвинулись далее планирующего полета. И нужный уровень метаболизма был достигнут не за счет размера. Да, летающие ящеры со временем превратились в гигантов, но среди более ранних птерозавров были и крошки размером с летучую мышь — упомянутые ранее анурогнаты. Наконец, то, что изначально динозавры имели парасагиттально расположенные задние конечности и были приспособлены к бипедальной локомоции, означает, что им постоянно приходилось поддерживать конечности горизонтально, то есть постоянно расходовать энергию на поддержание равновесия, иметь довольно высокий уровень метаболизма и, следовательно, свое «персональное» внутреннее «отопление». То, что некоторые динозавры обитали в меловой период в районах Заполярья и сохраняли круглогодичную активность, говорит о наличии у них активного обмена веществ. Климат в мезозое в этих широтах был, безусловно, намного менее суров, чем климат Заполярья сегодняшнего, и всё же на долгие зимние месяцы оно погружалось во мрак и становилось местом весьма недружелюбным и холодным.
Исследование зубной эмали зауроподов показало, что эти животные (по крайней мере взрослые) обладали довольно высокой температурой, хотя и несколько ниже прогнозируемой. Также исследование яичной скорлупы нептичьих динозавров показывает, что она формировалась в их организмах при сравнительно высокой температуре (около 31,9 °С у овирапторов и около 37,6 °С у титанозаврид). Если зауроподы — гиганты в мире динозавров, то размеры титанозаврид впечатляли даже по меркам зауропод, так что здесь как раз есть все основания списать высокую температуру на размер животного. Полагаю, продвинуться в решении вопроса о теплокровности зауропод помогло бы исследование скорлупы яиц их карликовых — островных — форм. Но вот овирапторы колоссами точно не были. Итак, как бы там ни было, конкретно с зауроподами в среднем температура выглядит высокой — скорее всего, многие динозавры были теплокровны или как минимум мезотермны.
Сказанное не означает, что уровень метаболизма у крупных форм столь же высок, как у современных птиц и плацентарных. Гигантам в несколько тонн он был просто не нужен — размер позволял им эффективно сохранять то количество тепла, которое они вырабатывали. Но даже при том, что динозавры поддерживали температуру своего организма не так хорошо, как современные нам эндотермы, всё же они могли вырабатывать тепло самостоятельно. Однако то, что значительная часть динозавров была теплокровной, не означает, что таковы были они все. Даже среди современных млекопитающих, для которых теплокровность — абсолютный мейнстрим, есть голые землекопы, которые предпочитают о разогреве тела не заботиться. Что показательно, как я уже сказал, при снижении концентрации кислорода и повышении концентрации углекислого газа в окружающей среде и вполне современные теплокровные мыши снижают интенсивность метаболизма. А ведь на протяжении большей части мезозоя уровень кислорода в атмосфере был заметно ниже современного. Это позволяет предположить, что путь не только динозавров, но и млекопитающих к теплокровности не был таким уж прямым, и после достижения «сносной» гомойотермии из-за недостатка кислорода они могли от нее отказываться в пользу более дешевой в употреблении пойкилотермии.
Любопытно, как на то же снижение кислорода отреагировали бы не плацентарные, а сумчатые или однопроходные. Конечно, примеров полного отказа от теплокровности, несмотря на менее активный в сравнении с плацентарными метаболизм, среди них мы не наблюдаем (на сегодня), всё же это не значит, что подобное невозможно, так что эксперимент, аналогичный проведенному с мышами, был бы любопытен.
Также снижение уровня кислорода привело к уменьшению массы грызунов. Быть может, и уменьшение размеров млекопитающих во время палеоцен-эоценового термического максимума было связано с ростом количества углекислого газа в атмосфере в этот период. Максимум связывают с резким высвобождением метана изо льда и увеличением количества углерода в водах океана и атмосфере. Интересно было бы также проследить, как сказалось бы кислородное голодание на размерах потомства: если сами животные теряют массу, то, возможно, так же, а то и в большей степени, уменьшились бы и размеры детенышей?
От зверей вернемся к динозаврам: если сегодня одно млекопитающее сумело отказаться от поддержания постоянной температуры, то чем динозавры хуже? За десятки миллионов лет эволюции нептичьих динозавров должно было появиться множество видов с совершенно различным уровнем метаболизма, а в ранние периоды эволюции метаболизм у динозавров хотя и был интенсивнее, чем у их прочих рептильных современников, но не был, скорее всего, столь развит, как в более поздние периоды. Даже намного позднее оставались динозавры, сильно зависящие от температуры среды. Если аномалии строения некоторых динозавровых яиц из позднего мела связаны с хаотическими изменениями температуры в период формирования яиц в организме родителя, это не может означать ничего иного (правда, нельзя отвергать того, что аномалии связаны не с перепадом температуры, а с какими-то иными изменениями).
Итак, возвращаясь к идее о том, что теплые моря давали преимущество существам с не особо активным метаболизмом (хотя мы знаем, что это не так), нужно сказать, что и в таком случае не все динозавры должны были оказаться в проигрыше.
Высокая температура действительно создавала для этих гигантов проблему, но проблему иного рода, не связанную с заселением океана. Млекопитающим и синапсидам, как ни странно, в чем-то было проще совместить гигантизм и высокую температуру: сохраняя высокую связь с водой и богатую железами кожу, они хорошо охлаждались за счет испарения. Но как охладиться, если кожа превращена в чешуйчатый панцирь, почти полностью лишенный желез?
Диапсиды создают несколько различных систем охлаждения. Одна из них, кажется, принципиально изменила всю систему метаболизма динозавров, об этом я еще скажу. Пока о системах менее принципиальных и тем не менее важных. Важнейшим из органов для нас является мозг, для большинства остальных позвоночных — тоже. Диногиганты старались следовать заветам Суворова — держали голову в холоде. Анкилозавры, а скорее, вообще анкилозавриды (Ankylosauridae) создали в черепе целый дыхательный лабиринт из хитрозакрученной трубки для охлаждения черепа. Они же оборудовали черепа довольно изящной и сложной системой кровеносных сосудов для еще более качественного охлаждения. Полагаю, сложносочиненные гребни таких гадрозавров, как, например, зауролофы (Saurolophus osborni), через которые также прокачивался воздух, служили для той же охладительной цели. Для лучшего охлаждения они опутывали сосудами те места, где испарение все-таки шло интенсивнее, — в основном, носовые проходы и пасти (тут от динозавра к динозавру ситуация менялась). Но один из самых интересных моментов — то, что для охлаждения могут использоваться верхние височные окна — уникальная структура, которая определяет отличие диапсид от синапсид. Теория об использовании верхних височных окон для терморегуляции предложена Кейси Холидей и подтверждена исследованием современных аллигаторов, у которых действительно интенсивность нагревания зон височных окон зависит от температуры окружающей среды.
Чем вокруг холоднее, тем лучше прогреваются височные окна аллигаторов, и наоборот: чем вокруг жарче, тем они становились холоднее. Возможно, мы нашли основную причину различия в строении черепов синапсид и диапсид. Раз синапсиды прекрасно охлаждались за счет испарения, им не требовался на первых порах встроенный в голову кондиционер — им и так было хорошо, а вот лишенные желез более «рептильные» диапсиды вынуждены были для охлаждения создавать новые структуры. Впрочем, позднее у синапсид, точнее, уже млекопитающих, для охлаждения головы тоже развилась отличная структура (думаю, даже более эффективная) — ушные раковины. Конечно, в первую очередь это органы слуха, но и для охлаждения они отлично служат — посмотрите на любых пустынных животных. Быть может, одним из факторов развития наших грандиозных ушных раковин и стало то, что путь к образованию новых полостей в черепах для млекопитающих был уже закрыт (впрочем, это, опять же, только фантазия).