Первых по-настоящему теплокровных предков зверей вычислили по строению внутреннего уха.
По эволюционным меркам теплокровность возникла сравнительно недавно – из современных животных теплокровная физиология есть только у птиц и млекопитающих. Точности ради можно вспомнить про рыбу-меч, тунцов, некоторых акул, которые способны быть теплее окружающей среды.
Реконструкция внешности одного из предков млекопитающих. (Иллюстрация: Luzia Soares / Wits University)
Открыть в полном размере
Но вообще среди рыб истинно теплокровным считается только опах – у него температура тела стабильно на 5 °С выше температуры воды вокруг него. У птиц и зверей появились более эффективные механизмы, позволяющие поддерживать температуру тела на постоянном уровне, так что в итоге теплокровными стали все птицы и все звери. Впрочем, нужно сделать ещё одно уточнение насчет зверей: плацентарные млекопитающие (к которым относится большинство видов зверей) поддерживают среднюю температуру тела на 37 °С, сумчатые – на 35 °С, а вот утконосы, ехидны и проехидны – на 31–33 °С.
По одним предположениям, теплокровность у млекопитающих возникла около 250 млн лет назад. Строго говоря, настоящих млекопитающих тогда ещё не было – в том время по земле бродили странные звероподобные существа, от которых примерно 200 млн лет назад произошли настоящие млекопитающие. И по другим гипотезам, предки млекопитающих стали теплокровными как раз около этого времени, то есть около 200 млн лет назад. Однако новые данные, опубликованные в недавней статье в Nature, говоря о том, что теплокровность у предков зверей возникла 233 млн лет назад.
Сотрудники Лиссабонского университета, Университета Витватерсранда и других научных центров Германии, США, Франции, Великобритании и Аргентины обратили внимание на одну закономерность в анатомии полукружных каналов. Полукружные каналы – это часть внутреннего уха. Они служат органом равновесия: каналы заполнены эндолимфой – особой жидкостью, которая при движении колеблет чувствительные рецепторные волоски, сигнал от волосков идёт в мозг, который вычисляет положение тела в пространстве, направление и характер нашего движения и пр.
Полукружные каналы есть у всех позвоночных. У зверей они очень невелики, если оценивать относительно размера тела. А вот у рыб, наоборот, полукружные каналы довольно крупные. Это наводит на мысль, что строение каналов зависит от тепло- и холоднокровности. Вязкость жидкости в каналах зависит от температуры: при высокой температуре она более текуча, при низкой – более вязка. Температура теплокровных животных выше температуры окружающей среды, и эндолимфа в их полукружных каналах должна быть очень подвижной. Чтобы скомпенсировать высокую текучесть эндолимфы, нужно уменьшить её объём – в небольших полукружных каналах её будет ровно столько, сколько нужно, чтобы посылать в мозг адекватные сигналы о положении тела.
Два предка зверей и их полукружные каналы. «Левый» предок – теплокровный, и его полукружные каналы меньше, чем у холоднокровного «правого», хотя размер тела у обоих примерно одинаков. (Иллюстрация: Romain David, Ricardo Araújo)
Исследователи сопоставили строение полукружных каналов у 341 вида животных. В результате получилась зависимость, позволяющая по полукружным каналам оценить температуру тела. Эту зависимость использовали с ископаемыми останками предков млекопитающих – и оказалось, что 233 млн лет назад у них резко, в пределах 5–9 °С, подскочила температура тела. Значит, 233 млн лет назад физиология звериных предков научилась поддерживать постоянную температуру тела, и, как следствие, сами предки стали более тёплыми. В то время случилось так называемое карнийское плювиальное событие, когда из-за сильных вулканических извержений климат стал на какое-то время очень нестабильным: глобальные потепления сменялись похолоданиями, влажность то росла, то падала, и т. д. В таких условиях преимущество получали те животные, которые сумели в какой-то степени стать независимыми от климатических колебаний – то есть чья температура тела, чей обмен веществ оставался постоянным, несмотря ни на что.
Совсем недавно мы рассказывали про другое исследование, касающееся теплокровности динозавров. О том, были ли динозавры тепло- или холоднокровными, спорят уже давно, и судя по последним данным, среди них были и те, и другие.