Pochodzenie ssaczej stałocieplności

31 August, 2016
Pochodzenie ssaczej stałocieplności
[Read it in English!] [¡Léalo en español!] [plik pdf v. 30.09.2016]
Przypuszczalny włos w koprolicie terapsyda z permu Rosji (zdjęcie K. Owocki; patrz
Bajdek et al., 2016)
Ektotermiczne czy endotermiczne
Oczywista różnica pomiędzy dzisiejszymi gadami i ssakami tkwi w tym, że te pierwsze
są ektotermiczne, a drugie endotermiczne: podczas gdy temperatura ciała gadów
zależna jest od panującej temperatury środowiskowej, u ssaków jest tak regulowana, by
pozostawać niemal stała. Zauważamy również, że (1) ssaki mają futro, a gady nie i (2)
gady charakteryzuje o wiele dłuższe trawienie (wolniejszy metabolizm) niż ssaki o
porównywalnej masie ciała. W konsekwencji wiele dzisiejszych gadów prowadzi „niżej
energetyczny” tryb życia niż ssaki.
Staje się to mniej oczywiste, gdy cofamy się w czasie… Ssaki pojawiły się w okresie
triasowym, zaś paleontolodzy zadają sobie pytania: kiedy endotermiczność pojawiła się
w ich linii ewolucyjnej? Czy endotermiczni byli już późnopaleozoiczni i
wczesnomezozoiczni przodkowie ssaków (nazywani terapsydami lub gadami
ssakokształtnymi)?
W latach 70-stych ubiegłego stulecia amerykański paleontolog Robert T. Bakker
opublikował innowacyjne idee na temat fizjologii gadów ssakokształtnych (i
dinozaurów). Przypuszczał, że terapsydy posiadały futro i przedstawił kilka dróg
argumentacji za tym, że były endotermiczne: (1) Kości terapsydów nie posiadały
pierścieni przyrostowych i miały gęsto upakowane naczynia krwionośne i kanały
Haversa. (2) Niektóre z nich zamieszkiwały zimne, umiarkowane strefy. (3) Krótkie,
krępe proporcje ciała wielu terapsydów mogły służyć zachowaniu ciepła. (4) Obecne u
nich stosunki ilościowe drapieżników do ofiar, zależne od wymagań energetycznych
drapieżników, były niższe niż u zwierząt ektotermicznych.
Pomysły R.T. Bakkera odnoszące się do fizjologii terapsydów (i dinozaurów) zostały
zaakceptowane przez większość paleontologów i są szeroko znane. Niemniej, ponieważ
wiele z nich opiera się na raczej pośrednich dowodach, poszukujemy wciąż nowych
wskazówek. Koprolity, tj. skamieniałe odchody, będąc produktami ubocznymi
metabolizmu dostarczają takie nowe i cenne dane o metabolizmie ich wytwórców. W
ciągu ostatnich kilku lat badania koprolitów faktycznie rzuciły nowe światło na
fizjologię przodków ssaków i ich krewnych. Przykładowo, w artykule o koprolitach
gigantycznego dicynodonta z triasu Polski argumentuje się, że te roślinożerne i
bezzębne terapsydy miały raczej wolny metabolizm.
W 2016 roku kolejny element układanki ssaczej stałocieplności został dodany, gdy nasz
zespół tworzony przez siedmiu badaczy z Polski, Szwecji i Rosji (P. Bajdek, M.
Qvarnström, K. Owocki, T. Sulej, A.G. Sennikov, V.K. Golubev i G. Niedźwiedzki)
opublikował nową pracę o koprolitach. Koprolity, które zbadaliśmy, zrobione były przez
mięsożerne terapsydy z późnego permu, ponad 252 miliony lat temu, odnalezione zaś
podczas polsko–rosyjskich wykopalisk na stanowisku Vyazniki w europejskiej części
Rosji.
Niestrawione kości i szybki metabolizm
Stanowisko we Vyaznikach zrodziło koprolity grupujące się w różnorodnych
morfotypach (które wkrótce będą ponownie omówione na blogu). Nasza praca z roku
2016 koncentruje się na tylko dwóch morfotypach dużych koprolitów: A i B. Podczas gdy
niestrawione fragmenty kości są obecne w koprolitach typu A, są dość rzadkie i silnie
strawione w koprolitach typu B. Jak powiedzieliśmy powyżej, gady charakteryzują się
dłuższym trawieniem niż ssaki i dla przykładu więc krokodyle trawią wchłonięte kości
praktycznie doszczętnie. Przeciwnie zaś, niestrawione kości są często znajdywane w
odchodach ssaków. Idąc tym tokiem argumentacji bogate w kości koprolity typu A co
interesujące byłyby wyprodukowane przez jakieś zwierzęta o szybkim metabolizmie.
W ten sposób, zespół Krzysztofa Owockiego i Grzegorza Niedźwiedzkiego w 2012 roku
przypisał bogate w kości koprolity typu A terapsydowym mięsożercom, natomiast
ubogie w kości koprolity typu B archozauromorfom lub innym nie terapsydowym
mięsożercom. Zarówno terapsydy jak archozauromorfy występują w zapisie kopalnym
Vyaznik, niemniej terapsydy wydają się bardziej prawdopodobne jako zwierzęta o
szybkim metabolizmie niż wczesne archozauromorfy (przodkowie dzisiejszych
krokodyli i ptaków). Tę interpretację popierają znaleziska z Południowej Afryki. Już w
2011 roku kontekst paleobiologiczny pozwolił Rogerowi M.H. Smithowi i Jennifer BothaBrink powiązać kilka bogatych w kości morfotypów koprolitowych z górnego permu
Południowej Afryki z mięsożernymi terapsydami.
Najstarsze włosy
Badacze z Południowej Afryki znaleźli w permskich koprolitach więcej niż tylko kości.
Niektóre koprolity zawierają enigmatyczne podłużne struktury, które zwykły liczyć koło
14 μm średnicy i osiągają do 5 mm długości. Roger M.H. Smith i Jennifer Botha-Brink
zasugerowali, że struktury te to szczątki roślin, grzybów lub, być może, włosy. Było
ekscytujące dla naszego zespołu odnaleźć porównywalne struktury w terapsydowym
koprolicie z górnego permu Vyaznik w Rosji. Przy użyciu świetlnych i elektronowych
mikroskopów zbadaliśmy je szczegółowo uwzględniając też ich geochemię. Struktury,
które opisaliśmy z Rosji, są dziesięciokrotnie większej średnicy niż te z Południowej
Afryki, a największa ma ponad 5 mm długości. Interpretujemy je jako odlewy
włosopodobnych obiektów; niektóre zdają się nawet ukazywać rozgałęzione korzenie
włosów! Włosy są bardzo wytrzymałe na trawienie i często są obecne w odchodach
dzisiejszych mięsożerców.
Jeśli interpretacja ta jest słuszna, włosy te są dwukrotnie starsze niż dotychczas znany
najwcześniejszy zapis włosów jurajsko-kredowych ssaków i wskazują, że niektóre
terapsydy nabyły izolację w późnym paleozoiku, tj. jeszcze przed powstaniem ssaków.
Włosy prawdopodobnie miały funkcję termoregulacyjną jako izolacja cieplna. Niektórzy
badacze sugerowali też, że włosy mogłyby być pochodzenia czuciowego. W 1968 roku
G.H. Findlay przypuszczał, że perforacje obecne na czaszce późnopermskiego terapsyda
Olivera parringtoni wskazują właśnie na obecność włosów czuciowych. Takie włosy
byłyby bardzo użyteczne szczególnie, jeśli ssaki pochodzą od nocnych gadów. Włosy
uzupełniałyby słabe widzenie i ponadto pozwalałyby zachować ciepło nocą.
Odkrycia z Południowej Afryki i Rosji wskazują, że mięsożerne terapsydy z późnego
permu zdążyły rozwinąć (1) izolację cieplną (futro) i (2) przyspieszony metabolizm.
Wzięte razem, cechy te pozwalają przypuszczać, że późnopaleozoiczni przodkowie
ssaków już odznaczali się endotermicznością.
Piotr Bajdek 1 i Martin Qvarnström 2
1 Częstochowa, Polska
2 Uppsala University, Szwecja
Literatura
Bajdek, P., Owocki, K., Niedźwiedzki, G., 2014. Putative dicynodont coprolites from the
Upper Triassic of Poland. Palaeogeogr. Palaeoclimatol. Palaeoecol. 411, 1–17. doi:
10.1016/j.palaeo.2014.06.013
Bajdek, P., Qvarnström, M., Owocki, K., Sulej, T., Sennikov, A.G., Golubev, V.K.,
Niedźwiedzki, G., 2016. Microbiota and food residues including possible evidence of
pre-mammalian hair in Upper Permian coprolites from Russia. Lethaia 49, 455–477. doi:
10.1111/let.12156
Bakker, R.T., 1971. Dinosaur physiology and the origin of mammals. Evolution 25, 636–
658.
Bakker, R.T., 1975. Dinosaur renaissance. Scientific American 232, 58–78.
Findlay, G.H., 1968. On the scaloposaurid skull of Oliviera parringtoni, Brink with a note
on the origin of hair. Palaeontologia Africana 11, 47–59.
Owocki, K., Niedźwiedzki, G., Sennikov, A.G., Golubev, V.K., Janiszewska, K., Sulej, T.,
2012. Upper Permian vertebrate coprolites from Vyazniki and Gorokhovets, Vyatkian
regional stage, Russian Platform. Palaios 27, 867–877. doi: palo.2012.p12-017r
Smith, R.M.H., Botha-Brink, J., 2011. Morphology and composition of bone-bearing
coprolites from the Late Permian Beaufort Group, Karoo Basin, South Africa.
Palaeogeogr. Palaeoclimatol. Palaeoecol. 312, 40–53. doi: 10.1016/j.palaeo.2011.09.006
Written by Piotr Bajdek Leave a comment Posted in po polsku Tagged with bones,
carnivores, coprolites, hairs, mammals, Permian, physiology, Russia, South Africa,
therapsids