Биологи использовали окаменелости, чтобы определить, когда предки млекопитающих и динозавров стали атлетами

Биологи из Университета Юты и Музея естественной истории Юты установили «ископаемый» индикатор атлетических способностей в костях вымерших позвоночных.

Исследование, опубликованное онлайн в Current Biology 22 декабря, впервые связало размер эритроцитов (RBCs) с микроскопическими следами кровеносных сосудов и костных клеток внутри кости. Исследователи измерили костные каналы, доставляющие кислород к костной ткани, чтобы определить, когда у предков млекопитающих, птиц и динозавров эволюционировали маленькие RBCs. Они обнаружили, что вымершие родственники млекопитающих (цинодонты) и вымершие родственники птиц имели меньшие RBCs и, вероятно, были лучшими атлетами, чем более ранние наземные позвоночные. Время уменьшения размера RBCs совпало с величайшим массовым вымиранием на Земле 252 миллиона лет назад, которое проложило путь эпохе динозавров.

Эритроциты: система доставки кислорода

Меньший размер RBCs соответствует плотно упакованным сосудистым сетям, которые намного эффективнее, чем крупные кровяные клетки, распределенные редко. Капилляры, доставляющие кислород к мышцам, обычно имеют ширину, аналогичную ширине RBCs организма. У атлетичных млекопитающих и птиц RBCs намного меньше, чем у менее активных животных.

Поскольку капилляры не окаменевают, исследователи измерили диаметр микроскопических каналов в окаменелых костях, которые позволяют капиллярам доставлять кислород к костной ткани, а также крошечных полостей (лакун), содержащих костные клетки. Размер этих каналов является показателем размера эритроцитов, что указывает на способность организма поддерживать энергичные упражнения.

Взгляд в долгую историю

Хаттенлокер и Фармер изучили три основные линии наземных животных (тетраподов): млекопитающих и их вымерших родственников, нептичьих рептилий, птиц и их вымерших родственников, а также амфибий.

Сначала Хаттенлокер проанализировал кости 14 видов современных тетраподов. Он создал уравнения, позволяющие предсказать размер RBCs на основе микроструктур в кости, и проверил предсказания на мазках крови. Исследователи обнаружили, что у млекопитающих и птиц размеры каналов и лакун были меньше, чем у нептичьих рептилий и амфибий. Меньшие кровяные клетки соответствовали более высокой плотности каналов, что позволяет кислороду быстрее диффундировать в ткани.

Затем они применили этот метод к ископаемым образцам. Они обнаружили, что все триасовые предки млекопитающих (цинодонты) и некоторые более ранние предшественники млекопитающих имели размер RBCs, аналогичный современным млекопитающим. У архозавроморфов (предков динозавров и птиц) был широкий диапазон размеров клеток, однако самые маленькие RBCs были примерно того же размера, что и у их современников-цинодонтов в триасе.

Под давлением отбора

Цинодонты существовали за 70 миллионов лет до появления настоящих млекопитающих, но вели схожий образ жизни. Маленькие цинодонты гнездились в подземных норах, где уровень кислорода часто ниже, чем на поверхности. Они могли эволюционировать меньшие RBCs, чтобы копать туннели и поддерживать активный образ жизни в условиях низкого содержания кислорода.

Более спорная гипотеза связана с долгосрочным падением уровня атмосферного кислорода в начале триаса. Каковы бы ни были причины, в триасовый период должны были присутствовать некоторые факторы отбора, способствовавшие развитию этих признаков.

«Схожие экологические давления могут приводить к схожим решениям проблем у этих очень разных групп животных», — говорит Хаттенлокер.

Фармер отмечает, что необходимо проанализировать гораздо больше современных животных, чтобы укрепить связь между микроструктурой кости и атлетизмом. Этот инструмент позволит палеонтологам оценить атлетические способности многих типов вымерших животных.