Анализ зубной эмали динозавров показал, что температура их тела была как у современных млекопитающих

Скелет одного из самых высоких динозавров — брахиозавра Brachiosaurus brancai (с недавнего времени относимого к особому роду Giraffatitan) в Берлинском музее естественной истории. Зубы этих динозавров также были подвергнуты исследованию на изотопный состав для выяснения температуры тела. С сайта es.wikipedia.org
Скелет одного из самых высоких динозавров — брахиозавра Brachiosaurus brancai (с недавнего времени относимого к особому роду Giraffatitan) в Берлинском музее естественной истории. Зубы этих динозавров также были подвергнуты исследованию на изотопный состав для выяснения температуры тела. С сайта es.wikipedia.org

Всё чаще возникающие в последнее время предположения о том, что динозавры были теплокровными, нашли еще одно подтверждение. Анализ эмали зубов нескольких крупных растительноядных динозавров из юрских отложений показал, что температура их тела была между 36° и 38°C — то есть примерно соответствовала температуре тела современных млекопитающих. В качестве «палеотермометра» при этом использовали новый вариант изотопного анализа, основанный на том, что в образующемся карбонате (CaCO3) частота связей между тяжелым изотопом углерода 13C и тяжелым изотопом кислорода 18O зависит от температуры. Соответственно, зная изотопный состав карбоната, входящего в состав биоапатита (вещества, образующего зубную эмаль), мы можем определить температуру тех тканей динозавра, где шло формирование зубов.

С 1842 года, с момента описания первых динозавров, никто не сомневался в том, что, подобно всем рептилиям, животные эти были холоднокровными, или, по современной терминологии, эктотермами. Температура их тела была такой же, как температура окружающей среды. Однако начиная с 1960–70-х годов, когда объем наших знаний о динозаврах существенно возрос, всё чаще стали говорить о том, что динозавры (по крайней мере крупные), возможно, были эндотермами (теплокровными), то есть вырабатывали внутреннее тепло и могли поддерживать температуру тела более высокой, чем температура среды. В пользу этого свидетельствовал их несомненно очень активный образ жизни, высокая скорость передвижения (определенная по окаменевшим следам), некоторые особенности строения, а также распространение в довольно высоких широтах.

Убедительные данные были также недавно получены при изучении скорости роста динозавров, которую удалось определить по спилам костей (см.: Крупные динозавры были почти теплокровными, «Элементы», 29.08.2006). На этих спилах видны годовые зоны нарастания (нечто напоминающее кольца роста на срезах деревьев). А поскольку чуть раньше на примере большой выборки современных животных уже была выяснена общая зависимость скорости роста от массы тела и температуры, то, зная скорость роста и массу тела, можно было решить и обратную задачу — рассчитать температуру тела. Согласно произведенным по этой схеме расчетам (Gillooly et. al. Dinosaur Fossils Predict Body Temperatures // PLoS Biol. 2006. V. 4. №8. P. e248), температура тела крупных динозавров была около 35°C (а у самых крупных — до 40°C), что явно выше средней температуры среды их обитания; у мелких она была около 25°C, что примерно соответствовало температуре среды. Появились даже такие термины, как «гигантотермия» и «инерционная эндотермия». В последнем случае предполагалось, что разогревшиеся от бега динозавры (а при интенсивной работе мышц всегда выделяется много тепла) могли очень долго сохранять это тепло благодаря большой массе тела.

Однако все использованные ранее методы оценки температуры динозавров были расчетными, косвенными, и требовали введения ряда допущений. Поэтому особого внимания заслуживает попытка Роберта Игла (Robert A. Eagle) из Отдела геологических и планетарных наук Калифорнийского технологического института (Пасадена, Калифорния, США), который совместно с коллегами из нескольких других научных учреждений США и Германии оценил температуру тела динозавров более прямым способом. Конечно, градусник динозавру не поставишь, но если знаешь, как зависит от температуры изотопный состав вещества дошедших до наших дней зубов динозавров, то задача представляется вполне реальной.

На самом деле, уже давно было известно, что доля тяжелого изотопа кислорода 18O, входящего в состав карбоната, зависит от температуры, при которой этот самый карбонат образовывался. Данная зависимость уже с середины ХХ века стала использоваться для определения палеотемператур по изотопному составу раковинок фораминифер и кокколитофорид — простейших, встречающихся в океане в большом количестве и повсеместно попадающих в донные осадки. Правда, при этом важно было знать содержание 18O в исходной воде. Если мы обратимся к биоапатиту (обобщенная формула: Ca5(PO4, CO3)3(OH, CO3, F, Cl)) — веществу, из которого в значительной мере состоит зубная эмаль, — то простая оценка содержания тяжелого изотопа кислорода мало что даст, поскольку неизвестно, сколько изотопа 18O было в воде, которую потребляли динозавры.

Однако геохимики предложили недавно новый «палеотермометр» (Ghosh et al., 2006), основанный на том, что при образовании карбоната CaCO3 (в том числе и входящего в состав биоапатита) тяжелый изотоп углерода (13C) и тяжелый изотоп кислорода (18O) демонстрируют четко выраженную тенденцию образовывать между собой связь, причем эффект этот оказывается строго зависящим от температуры, а относительное содержание тяжелых изотопов в исходных компонентах не столь существенно. Методика определения палеотемпературы сводилась к обработке исходного материала (биоапатита зубов) фосфорной кислотой и последующим изотопным анализом выделившегося CO2. Исследователей интересовал вариант молекул CO2 с изотопным составом 13C18O16O (масса 47). Зная уравнение, описывающее зависимость числа связей между 13C и 18O от температуры, можно было непосредственно определить температуру, при которой шло образование данного карбоната.

Игл и его коллеги (Eagle R.A. et al., 2010) сначала испробовали метод на современных животных, изучив изотопный состав зубов белого носорога, индийского слона, нильского крокодила, миссисипского аллигатора, песчаной акулы, а также недавно вымершего мамонта. Полученные оценки дали очень хорошее соответствие реальным данным. Для млекопитающих температура оказалась около 37°C — такой, какой и должны была быть у млекопитающих, а для пресмыкающихся и рыб соответствовала температуре среды. Только после этого исследователи приступили к анализу зубов динозавров — представителей группы зауропод, живших в Юрском периоде.

Места сбора ископаемого материала. Формация Моррисон в Северной Америке и Тендагуру в Африке. Из формации Моррисон особенно подробно изучен Camarasaurus lentus, а из формации Тендагуру — Brachiosaurus brancai. Рис. из дополнительных материалов к статье: Eagle R.A. et al., 2010
Места сбора ископаемого материала. Формация Моррисон в Северной Америке и Тендагуру в Африке. Из формации Моррисон особенно подробно изучен Camarasaurus lentus, а из формации Тендагуру — Brachiosaurus brancai. Рис. из дополнительных материалов к статье: Eagle R.A. et al., 2010

Исходный материал взят из шести мест из двух геологических областей — формации Моррисон (см. Morrison Formation) в западной части США и формации Тендагуру (см. Tendaguru Formation) в Восточной Африке.

Фотографии двух зубов динозавров, использованных для определения температуры тела. Слева (A) — Brachiosaurus brancai, справа (B) Camarasaurus sp. Шкала линейки — сантиметры. Рис. из дополнительных материалов к статье: Eagle R.A. et al., 2010
Фотографии двух зубов динозавров, использованных для определения температуры тела. Слева (A) — Brachiosaurus brancai, справа (B) Camarasaurus sp. Шкала линейки — сантиметры. Рис. из дополнительных материалов к статье: Eagle R.A. et al., 2010

По трем имевшимся в распоряжении исследователей зубам брахиозавра Brachiosaurus brancai — огромного растительноядного динозавра — получилось, что температура тела этих животных была 38,2 ± 1,0°C, а температура динозавра из семейства диплодоков (по двум имеющимся зубам) 33,6 ± 4,0°C. Анализ трех очень хорошо сохранившихся зубов камаразавра Camarasaurus из формации Моррисон показал значение температуры 36,9 ± 1,0°C. Эти оценки были существенно выше, чем полученные для современных и ископаемых крокодилов. Однако если результаты этого исследования нанести на график зависимости температуры от массы тела, полученный ранее по данным о скорости роста, то оказывается, что точки для брахиозавра и камаразавра располагаются чуть ниже кривой, то есть температура их тела, оцененная новым методом, чуть ниже той, что предсказывалась по скорости роста. Игл и его соавторы не поспешили считать это результатом неточности старого или нового метода, а связали с местом расположения растущих зубов в самом организме. Большой размер изученных динозавров, длинная шея и прохождение рядом с челюстями дыхательных путей могли приводить к тому, что температура в этом месте была ниже, чем температура тела, сказывающаяся на росте ребер и других костей, спилы которых использовались для определения скорости прироста.

Зависимость средней температуры тела (°C по вертикали) от массы тела (кг, логарифмическая шкала) для выборки современных крокодилов (светло-серые кружочки) и динозавров. По: Gillooly J. F. et al., 2006 c добавлением. Из статьи: Eagle R.A. et al., 2010
Зависимость средней температуры тела (°C по вертикали) от массы тела (кг, логарифмическая шкала) для выборки современных крокодилов (светло-серые кружочки) и динозавров. По: Gillooly J. F. et al., 2006 c добавлением. Темными кружочками показаны значения, вычисленные по скорости роста, белым кружком — результат для Sauroposeidon proteles, полученный экстраполяцией, зеленым квадратиком — для Camarasaurus, красным квадратиком — для Bracchiosaurus (оба последних значения — по результатам изотопного анализа эмали зубов). Обратите внимание, что точки, полученные в данной работе, лежат несколько ниже кривой, рассчитанной ранее по скорости роста. Исследователи полагают, что это может быть связано с тем, что температура в месте роста зубов могла быть несколько ниже, чем собственно температура тела, определенная по скорости роста. Из статьи: Eagle R.A. et al., 2010

Авторы обсуждаемой работы очень осторожны в своих выводах. Они не утверждают, что изученные ими динозавры были настоящими эндотермами. Они говорят только о том, что температура их тела была близка к температуре, типичной для млекопитающих.

Источник: Robert A. Eagle, Thomas Tütken, Taylor S. Martin, et al. Dinosaur body temperatures determined from isotopic (13C-18O) ordering in fossil biominerals // Science. 2011. V. 333. P. 443–445.

См. также:
1) Robert A. Eagle, et al. Body temperatures of modern and extinct vertebrates from 13C-18O bond abundances in bioapatite // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2010. V. 107. P. 10377–10382. (Вся статья в свободном доступе: PDF.)
2) Prosenjit Ghosh, et al. 13C-18O bonds in carbonate minerals: A new kind of paleothermometer (текст полностью, PDF, 596 Кб) // Geochim Cosmochim Acta. 2006. V. 70. P. 1439–1456.
3) Крупные динозавры были почти теплокровными, «Элементы», 29.08.2006.
4) Тираннозавр был всё же хищником, а не падальщиком, «Элементы», 18.08.2011.

Алексей Гиляров


19
Показать комментарии (19)
Свернуть комментарии (19)

  • SysAdam  | 27.09.2011 | 13:07 Ответить
    Любопытно теперь было бы определить возможные теплопотери таких динозавров. Соответственно, сколько калорий им было необходимо ежедневно.
    Ответить
  • May_Day  | 27.09.2011 | 13:09 Ответить
    Интересная по сути и добросовестная работа. Также как и рецензия.

    Отмечу грамотный график. Допуски для данных отмечены по абсциссе и ординате. Не так как в предыдущей статье о сверхсветовой скорости нейтрино, где интерес представляет ось X, а погрешность приведена для оси Y.
    Ответить
  • Chyyr  | 27.09.2011 | 14:19 Ответить
    Кстати, а кто-нибудь знает, какая температура воздуха реконструируется для той эпохи? Насколько динозавры получаются теплее окружающей среды?
    Ответить
    • May_Day > Chyyr | 28.09.2011 | 20:07 Ответить
      Если посмотреть пытливым взглядом на график и мысленно провести асимптоту графика при уменьшении веса динозавров (которые как раз имели температуру, равную окружающей среды) то станет ясно, что tсреды = 25 С.
      Кстати, независимый метод определения температуры в давние времена!
      Ответить
  • Манагуа  | 27.09.2011 | 15:10 Ответить
    "Авторы обсуждаемой работы очень осторожны в своих выводах. Они не утверждают, что изученные ими динозавры были настоящими эндотермами. Они говорят только о том, что температура их тела была близка к температуре, типичной для млекопитающих."

    Хмм, если они не были теплокровными, почему тогда имели такую температуру? Потому что это была температура окружающей среды (как правильно заметил один из комментаторов)?
    А если это так, то зачем вообще тогда было заморачиваться? Очередной попил бабла?
    Ответить
    • Алексей Гиляров > Манагуа | 27.09.2011 | 16:34 Ответить
      Если Вам совсем неинтересно, как можно попытаться узнать температуру животного, обитавшего на нашей планете 150 миллионов лет тому назад, то зачем Вы тратите свое драгоценное время на чтение и комментирование этих заметок. Конечно, все палеонтологи только и делают, что пилят бобло, их больше ничего не интересует, разве Вы еще не знаете? Их богатству завидуют Абрамович и Прохоров.. И этого не знаете?
      Ответить
      • Манагуа > Алексей Гиляров | 28.09.2011 | 11:49 Ответить
        Я трачу своё драгоценное время на то, на что считаю нужным. И, мне кажется, вполне имею право задать вопрос, если чего-то не понял. Вот последующие товарищи ответили вполне адекватно. И только от Вас вылился поток грязи. Если Вы не умеете себя вести в приличном обществе, зачем вообще вступать в прения? Вопрос относился не лично к Вам, могли бы и промолчать.
        Ответить
        • Belal > Манагуа | 28.09.2011 | 23:56 Ответить
          Вы сами нарвались комплименты. Попробуйте сходить, на например, стройку:), назвать работяг бездельниками и алкашами, и...Вы удивитесь:)
          В приличном обществе, заходя в гости не принято на всех сразу вешать оскорбительные ярлыки
          Ответить
          • Манагуа > Belal | 29.09.2011 | 10:00 Ответить
            К автору статьи никаких претензий не было. Вопрос был к авторам работы: а зачем, собственно...? Ну то есть они проделали громадную работу и получили некий результат... который не подтверждает ничего. То ли были ящеры теплокровными, то ли не были.
            Ответить
    • Пащенко Дмитрий > Манагуа | 27.09.2011 | 23:57 Ответить
      В том-то всё и дело, что крупные динозавры могли и не быть по-настоящему теплокровными (как теплокровны, скажем, птицы и млекопитающие), а иметь инерциальную гомойотермию или ещё что-нибудь подобное, т.е. поддерживать температуру собственного тела выше, чем температуру окружающей среды не за счёт внутренней "печки", а каких-либо других ресурсов.
      Важно, что экспериментально доказано наличие постоянной и высокой температуры тела динозаврах, а о причинах этого явления можно ещё долго спорить.
      Ответить
      • Алексей Гиляров > Пащенко Дмитрий | 28.09.2011 | 08:52 Ответить
        Конечно! Поэтому и избегают спекулятивных выводов авторы обсуждаемой работы!
        Ответить
    • taras > Манагуа | 29.05.2017 | 13:33 Ответить
      По себе мерить не хорошо так.
      Ответить
  • inevespace  | 27.09.2011 | 18:22 Ответить
    А на самом деле, померить бы таким способом температуру маленьких динозавриков, живших в том же районе, где и брахиозавр. Это косвенно даст знать связана температура тела с окружающей средой или нет.
    Ответить
  • May_Day  | 28.09.2011 | 10:38 Ответить
    Теплокровность, вообще говоря, довольно условна. Спячка млекопитающих с понижением температуры тела, разогрев питонов на кладке яиц до 41С ...
    По физике, чем крупнее тело и активнее движется, тем оно теплее. Поэтому вопрос, скорее, наоборот - как динозавры охлаждались? В связи с этим - не для этого ли у них такой длинный хвост, как тепловой радиатор.
    И ещё - определить бы температуру по этой методике для динозавров, живущих в воде - там теплосъём на порядок выше.
    Ответить
    • Алексей Гиляров > May_Day | 28.09.2011 | 12:01 Ответить
      Да, совершенно верно. И авторы проблему охлаждения в этой работе тоже затрагивают, но обо всем не напишешь во вторичной короткой заметке.
      Ответить
    • sigma > May_Day | 30.09.2011 | 04:04 Ответить
      Французские и датские палеонтологи во главе с A. Bernard (Лионский университет) попытались определить температуру ихтиозавров, плезиозавров и мозазавров (т.е. водных завров) по содержанию тяжелого изотопа кислорода (δ18O) в эмали зубов.
      Температура у ихтиозавров и плезиозавров была 35±2°C, у мозазавров - до 39±2°C.
      Подробнее можно посмотреть здесь: Science. 2010. V. 328. P. 1379-1382.
      Ответить
      • Алексей Гиляров > sigma | 30.09.2011 | 16:09 Ответить
        Мы эту работу отражали в новостях на ЭЛЕМЕНТАХ. СМ.: http://elementy.ru/news/431345
        Ответить
  • taras  | 29.05.2017 | 13:15 Ответить
    "С 1842 года, с момента описания первых динозавров, никто не сомневался в том, что, подобно всем рептилиям, животные эти были холоднокровными, или, по современной терминологии, эктотермами." Ну это примерно как "подобно всем ленточным червям, круглые черви были...". Каким боком динозавры к рептилиям? Вы их скелеты то видели? Человеку и то проще ползать. Родня рептилий ещё может быть. Но не рептилии.
    Ответить
  • alban001  | 06.06.2020 | 18:02 Ответить
    Really great news regarding dinosaur tooth. check also the below for more info:

    what dinosaur had 500 teeth:
    https://paleontology.us/what-dinosaur-has-500-teeth/
    Ответить
Написать комментарий
Элементы

© 2005–2024 «Элементы»