Czy dinozaury były ciepłokrwiste?

Argument za i przeciw metabolizmowi stałocieplnej u dinozaurów

AlonzoDesign / Getty Images

Ponieważ istnieje wiele zamieszania co do tego, co oznacza dla każdego stworzenia – nie tylko dinozaura – bycie zimnokrwistym lub ciepłokrwistym, zacznijmy naszą analizę tego problemu od kilku bardzo potrzebnych definicji.

Biolodzy używają różnych słów do opisania metabolizmu danego zwierzęcia (czyli charakteru i szybkości procesów chemicznych zachodzących w jego komórkach). W ciągu endotermiczny stworzenie, komórki wytwarzają ciepło, które utrzymuje temperaturę ciała zwierzęcia, podczas gdy zmiennocieplny zwierzęta pochłaniają ciepło z otaczającego środowiska.

Są jeszcze dwa terminy, które jeszcze bardziej komplikują tę kwestię. Pierwszy to homeotermiczny , opisujący zwierzęta, które utrzymują stałą wewnętrzną temperaturę ciała, a drugi to poikilotermiczna , co dotyczy zwierząt, których temperatura ciała zmienia się w zależności od środowiska. (Mylące jest to, że stworzenie może być ektotermiczne, ale nie poikiotermiczne, jeśli modyfikuje swoje zachowanie, aby utrzymać temperaturę ciała w obliczu niesprzyjającego środowiska.)

Co to znaczy być ciepłokrwistym i zimnokrwistym?

Jak można się domyślić z powyższych definicji, niekoniecznie wynika z tego, że gad ektotermiczny dosłownie ma zimniejszą krew pod względem temperatury niż ssak endotermiczny. Na przykład krew jaszczurki pustynnej wygrzewającej się na słońcu będzie chwilowo cieplejsza niż krew ssaka podobnej wielkości w tym samym środowisku, chociaż temperatura ciała jaszczurki spadnie wraz z zapadnięciem zmroku.

W każdym razie, we współczesnym świecie ssaki i ptaki są zarówno endotermiczne, jak i homeotermiczne (tj. ciepłokrwiste), podczas gdy większość gadów (i niektóre ryby) są zarówno ektotermiczne, jak i poikilotermiczne (tj. zimnokrwiste). A co z dinozaurami?

Przez około sto lat po tym, jak zaczęto wykopywać ich skamieniałości, paleontolodzy i biolodzy ewolucyjni zakładali, że dinozaury musiały być zimnokrwiste. Wydaje się, że to założenie było napędzane trzema splecionymi liniami rozumowania:

1) Niektóre dinozaury były bardzo duże, co doprowadziło naukowców do przekonania, że ​​ich metabolizm jest odpowiednio powolny (ponieważ stutonowy roślinożerca potrzebowałby ogromnej ilości energii, aby utrzymać wysoką temperaturę ciała).

2) Zakładano, że te same dinozaury mają bardzo małe mózgi za ich duże ciała, które przyczyniły się do wyobrażenia powolnych, niezgrabnych, niezbyt przebudzonych stworzeń (bardziej przypominających żółwie Galapagos niż szybkie Welociraptory ).

3) Ponieważ współczesne gady i jaszczurki są zimnokrwiste, zrozumiałe jest, że jaszczuropodobne stworzenia, takie jak dinozaury, również muszą być z zimną krwią. (To, jak można się domyślić, jest najsłabszym argumentem przemawiającym za dinozaurami z zimną krwią.)

Ten przyjęty pogląd na dinozaury zaczął się zmieniać pod koniec lat 60., kiedy garstka paleontologów, z Robert Baker oraz Jan Ostrom , zaczął głosić obraz dinozaurów jako szybkich, bystrych, energicznych stworzeń, bardziej zbliżonych do współczesnych drapieżników ssaków niż niezdarnych jaszczurek z mitu. Problem polegał na tym, że byłoby to niezwykle trudne dla Tyranozaur Rex utrzymać tak aktywny tryb życia, gdyby był zimnokrwisty – co prowadzi do teorii, że dinozaury mogły w rzeczywistości być endotermami.

Argumenty na korzyść stałocieplnych dinozaurów

Ponieważ w pobliżu nie ma żywych dinozaurów, które można by poddać sekcji (z jednym możliwym wyjątkiem, do którego przejdziemy poniżej), większość dowodów na metabolizm stałocieplny wywodzi się ze współczesnych teorii na temat zachowania dinozaurów. Oto pięć głównych argumentów przemawiających za endotermicznymi dinozaurami (niektóre z nich są kwestionowane poniżej, w sekcji „Argumenty przeciwko”).

• Przynajmniej niektóre dinozaury były aktywne, inteligentne i szybkie. Jak wspomniano powyżej, głównym impulsem dla teorii stałocieplnych dinozaurów jest to, że niektóre dinozaury wykazywały zachowanie ssaków, co pociąga za sobą poziom energii, który (przypuszczalnie) może być utrzymany tylko przez ciepłokrwisty metabolizm.
• Kości dinozaurów wykazują ślady metabolizmu endotermicznego. Analiza mikroskopowa wykazała, że ​​kości niektórych dinozaurów rosły w tempie porównywalnym do współczesnych ssaków i mają więcej cech wspólnych z kośćmi ssaków i ptaków niż z kośćmi współczesnych gadów.
• Wiele skamieniałości dinozaurów znaleziono na dużych szerokościach geograficznych. Stworzenia zimnokrwiste znacznie częściej ewoluują w ciepłych regionach, gdzie mogą wykorzystywać środowisko do utrzymania temperatury ciała. Wyższe szerokości geograficzne oznaczają niższe temperatury, więc jest mało prawdopodobne, aby dinozaury były zimnokrwiste.
• Ptaki są endotermami, więc dinozaury też musiały być. Wielu biologów uważa ptaki za żywe dinozaury i uważa, że ​​stałocieplność współczesnych ptaków jest bezpośrednim dowodem na ciepłokrwisty metabolizm ich dinozaurowych przodków.
• Układ krążenia dinozaurów wymagał metabolizmu stałocieplnego. Jeśli gigant zauropod tak jak Brachiozaur utrzymywał głowę w pozycji pionowej, jak żyrafa, co wiązałoby się z ogromnymi wymaganiami dla jego serca – i tylko endotermiczny metabolizm może zasilać jego układ krążenia.

Argumenty przeciwko stałocieplnym dinozaurom

Według kilku biologów ewolucyjnych nie wystarczy powiedzieć, że ponieważ niektóre dinozaury mogły być szybsze i mądrzejsze niż wcześniej zakładano, wszystkie dinozaury miały metabolizm stałocieplny – a szczególnie trudno jest wywnioskować metabolizm z domniemanego zachowania, a nie z zachowania. rzeczywisty zapis kopalny. Oto pięć głównych argumentów przeciwko stałocieplnym dinozaurom.

• Niektóre dinozaury były zbyt duże na endotermy. Według niektórych ekspertów, 100-tonowy zauropod z metabolizmem stałocieplnym prawdopodobnie przegrzałby się i umarł. Przy tej wadze zimnokrwisty dinozaur mógł być tak zwanym inercyjnym homeotermą – to znaczy powoli się nagrzewał i powoli stygł, pozwalając mu utrzymać mniej więcej stałą temperaturę ciała.
• The Jurajski okresy kredowe były gorące i parne. To prawda, że ​​wiele skamieniałości dinozaurów znaleziono na dużych wysokościach, ale 100 milionów lat temu nawet szczyt górski o wysokości 10 000 stóp mógł być stosunkowo spokojny. Gdyby klimat był gorący przez cały rok, faworyzowałoby to zimnokrwiste dinozaury, które polegały na temperaturze zewnętrznej, aby utrzymać ciepło ciała.
• Nie wiemy wystarczająco dużo o postawie dinozaura. To nie jest pewne Barozaur podniósł głowę, by pożywić się larwem; niektórzy eksperci uważają, że duże, roślinożerne dinozaury trzymały swoje długie szyje równolegle do ziemi, używając ogonów jako przeciwwagi. To osłabiłoby argument, że te dinozaury potrzebowały metabolizmu stałocieplnego, aby pompować krew do ich mózgów.
• Kościane dowody są przereklamowane. Może być prawdą, że niektóre dinozaury rosły szybciej niż wcześniej sądzono, ale może to nie być dowodem na rzecz przemiany materii stałocieplnej. Jeden eksperyment wykazał, że współczesne (zimnokrwiste) gady mogą szybko wytwarzać kości w odpowiednich warunkach.
• Dinozaurom brakowało małżowin oddechowych. Aby zaspokoić swoje potrzeby metaboliczne, ciepłokrwiste stworzenia oddychają około pięć razy częściej niż gady. Endotermy zamieszkujące ląd mają w swoich czaszkach struktury zwane małżowinami oddechowymi, które pomagają zachować wilgoć podczas procesu oddychania. Do tej pory nikt nie znalazł przekonujących dowodów na istnienie tych struktur w skamielinach dinozaurów – stąd dinozaury musiały być zimnokrwiste (a przynajmniej na pewno nie endotermy).

Tam, gdzie dziś stoją rzeczy

Więc co możemy wnioskować z powyższych argumentów za i przeciw stałocieplnym dinozaurom? Wielu naukowców (niezwiązanych z żadnym obozem) uważa, że ​​ta debata opiera się na fałszywych przesłankach – to znaczy, że dinozaury nie musiały być ani ciepłokrwiste, ani zimnokrwiste, bez trzeciej alternatywy.

Faktem jest, że nie wiemy jeszcze wystarczająco dużo o tym, jak działa metabolizm lub jak potencjalnie może ewoluować, aby wyciągnąć jakiekolwiek ostateczne wnioski na temat dinozaurów. Jest możliwe, że dinozaury nie były ani ciepłokrwiste, ani zimnokrwiste, ale miały pośredni typ metabolizmu, który nie został jeszcze określony. Możliwe też, że wszystkie dinozaury były stałocieplne lub zimnokrwiste, ale niektóre gatunki przystosowały się w przeciwnym kierunku.

Jeśli ten ostatni pomysł brzmi niejasno, pamiętaj, że nie wszystkie współczesne ssaki są stałocieplne w dokładnie taki sam sposób. Szybki, głodny gepard ma klasyczny ciepłokrwisty metabolizm, ale stosunkowo prymitywny dziobak ma obniżony metabolizm, który pod wieloma względami jest bliższy jaszczurkom o porównywalnej wielkości niż u innych ssaków. Co jeszcze bardziej komplikuje sprawę, niektórzy paleontolodzy twierdzą, że wolno poruszające się prehistoryczne ssaki (takie jak Myotragus, koza jaskiniowa) miały prawdziwy metabolizm z zimną krwią.

Dzisiaj większość naukowców podpisuje się pod teorią stałocieplnych dinozaurów, ale to wahadło może się odwrócić, gdy odkryje się więcej dowodów. Na razie na ostateczne wnioski dotyczące metabolizmu dinozaurów trzeba będzie poczekać na przyszłe odkrycia.