Звери до нас. Нерассказанная история происхождения млекопитающих - Эльза Панчироли

Наиболее распространенное объяснение, которое вы услышите, – отростки нужны для терморегуляции. Эта идея возникла в 1940-х годах, и такие тяжеловесы, как Альфред Ромер, поддержали ее как достойную. Теория состояла в том, что диметродон и другие синапсиды были эктотермными, или холоднокровными, как нынешние рептилии. Чтобы согреться, они вставали боком к солнцу и впитывали его тепло. Острые зубы большинства синапсидов с «парусом» означали, что они были хищниками, а тепло позволяло им двигаться быстрее, чем их медлительная добыча. Если синапсидам становилось слишком жарко, они могли отойти в тень, а кровь перекачивалась в парус, быстрее охлаждая зверей.

Использование «парусов» для регулирования температуры, казалось, имело интуитивный смысл. Они даже увеличивались по мере того, как увеличивалось в размерах само животное – такую взаимосвязь с размером тела стоит ожидать, если цель паруса действительно теплообмен. Исследователи тщательно изучили позвоночники диметродона и эдафозавра и даже реконструировали путь кровеносных сосудов (сосудистую систему). В 1986 году исследователь по имени Стивен Хаак пошел еще дальше: вооружившись математикой солнечного излучения, ориентации паруса, конвективного теплообмена и метаболического тепловыделения, он точно рассчитал эффективность паруса диметродона в терморегуляции. Он пришел к выводу, что парус повышал температуру тела в течение дня на 3–6° по Цельсию: «Температура тела неуклонно повышается в интервал, начинающийся примерно через час после восхода солнца и заканчивающегося за час или два до полудня». Как раз к обеду.

Это изменение температуры оказалось куда меньшим, чем рассчитывали другие сторонники гипотезы терморегуляции. «Эффективность паруса не так впечатляет, как можно было бы надеяться», – признал Хаак в своих выводах12. Он также выяснил, что от паруса было очень мало пользы в выделении тепла, поэтому он вряд ли помогал диметродону остыть. Эдафозавр, с другой стороны, казалось, еще меньше использовал парус для повышения температуры. Согласно более позднему исследованию13, те странные горизонтальные выступы эдафозавра, которые так озадачили Коупа, способствовали охлаждению, а не обогреву. Поперечные отростки создавали завихрения в проходящих воздушных потоках, обеспечивая большую площадь поверхности для прохождения воздуха и потери тепла.

Эта и подобные ей теории основывались на множестве предположений о физиологии этих животных. Примечательно, что они были эктотермными, или холоднокровными. То есть у них не было другого способа согреться, кроме как использовать окружающую среду. Современным эктотермам, например ящерицам, необходимо греться, чтобы повысить температуру тела, но из тысяч видов загорающих холоднокровных сегодня ни у одного нет какой-либо колючей структуры на спине, принимающей участие в терморегуляции. Более того, «паруса» также встречались у мелких пеликозавров, несмотря на то что физика теплообмена меняется с размером. Разновидность диметродона Dimetrodon teutonis, например, достигала высоты линейки (примерно 30 сантиметров), и при таких размерах «парус» практически никак не влиял на нагрев или охлаждение тела. Исследовав поперечное сечение шипов в микроскопических деталях, исследователь Адам Хаттенлокер и его коллеги не обнаружили свидетельств того, что какие-либо крупные кровеносные сосуды проходили через «паруса» или вокруг них. Отверстия, которые ранее рассматривались как свидетельство усиленного кровотока, скорее всего, были результатом быстрого роста, а не васкуляризации14. Для объяснения этих необычных структур требовалась другая теория.

В начале 1900-х годов было высказано предположение, что пеликозавры, возможно, отрастили длинные нервные отростки в качестве опорных структур для больших жировых горбов. Горбатые синапсиды, возможно, запасали топливо в виде жировых отложений, скопившихся вокруг их шипов. Эдафозавр, казалось, особенно подтверждал эту гипотезу, поскольку его дополнительные горизонтальные отростки могли обеспечить структуру для толстых соединительных тканей, которые удерживали жировой бугорок и сохраняли его жестким. Вплоть до 1970-х годов некоторые исследователи выступали за такую интерпретацию. В отличие от диметродона, «парус» эдафозавра не становился больше по мере увеличения размеров тела животного, что играло в пользу теории.

Однако начали накапливаться доказательства против горбатой гипотезы. Ученые исследовали некоторые другие группы животных с большими нервными отростками. Даже диметродон и эдафозавр, какими бы похожими они ни были, были лишь отдаленными родственниками, происходящими от двух разных групп пеликозавров. Диметродон принадлежал к плотоядным сфенакодонтам, в то время как эдафозавр дал свое название травоядным эдафозавридам. Структура позвоночника развилась в результате конвергентной эволюции, она не была унаследована от общего предка. Обычно мы говорим о конвергентной эволюции, когда разные животные пытаются решить одни и те же проблемы выживания, поэтому логично предположить, что отростки на спине этих животных служили одной и той же причине.

Кроме того, «паруса» встречались и у некоторых динозавров, таких как спинозавр и уранозавр. И у них это жировые отложения? В 1998 году исследователь по имени Джек Боумен Бейли утверждал, что да. В своей статье на эту тему он указал на форму спинных отростков динозавров и сравнил их с ныне живущими зверями, утверждая, что строение динозавров походило на строение современных бизонов15. Кроме того, в поддержку своей идеи он указал на окостеневшие сухожилия в окаменелостях уранозавра. Эти сухожилия проходили между задними отростками и превратились в кость, делая конструкцию еще более жесткой.

Теория о горбатых динозаврах интересна, но она не помогла разгадать тайну пеликозавров. Сравнивая их, Бейли обнаружил, что отростки динозавров не особенно походили по форме на таковые у пермских животных: у динозавров были очень прочные, похожие на весла шипы, в то время как у пеликозавров шипы сужались, как вязальные спицы. Отростки пеликозавров также были намного длиннее по отношению к размерам их тела, составляя около 65 % роста животного, в отличие от менее чем 35 % у динозавров и 45 % у бизонов.

Несостыковки в интерпретации Бейли и других исследователей на этом не кончаются. В настоящее время бизоны представлены в двух видах, американский бизон Bison bison и европейский зубр Bison bonasus, и хотя у обоих на холке красивый горб, в основном это результат наличия массивных мышц, а не накопления жировых отложений. Животные, у которых действительно есть жировые горбы для хранения топлива – у верблюдов, как известно, есть один или два на спине, – обычно не имеют в своем скелете характерных структур, поддерживающих горб. Как нет такой структуры и у жирнохвостой сумчатой мыши, которая накапливает жир в своем хвосте. Высокие нервные отростки, как я уже упоминала, обычно поддерживают мышцы, а не целлюлит.

Забудем о том, что динозавры делали со своими странными костями позвоночника. Однако крайне маловероятно, что у диметродона или эдафозавра был горб на спине. Были и более радикальные идеи: например, что кости не имели соединяющей их кожи, а вместо этого представляли собой