Tajemnica stałocieplności rozwiązana. Odkryto ją w uszach
Analiza narządu słuchu pradawnych zwierząt wskazuje, że stałocieplne zwierzęta pojawiły się na Ziemi nagle około 233 mln lat temu.
Stałocieplność jest tajną bronią, która pozwoliła w ciągu milionów minionych lat różnym grupom zwierząt zdominować Ziemię. Świat, wcześniej rządzony przez płazy, ryby i prymitywne gady, został szybko opanowany przez zwierzęta, które potrafiły kontrolować temperaturę własnego ciała.
Ssaki, ptaki, a wcześniej dinozaury, zdołały zdominować świat, bo nie były uzależnione od chimerycznej pogody. Utrzymując temperaturę własnego ciała na stałym poziomie, były w stanie pozostawać aktywne w każdej pogodzie - i w większości stref klimatycznych - od Arktyki po pustynie.
Skąd się wzięła stałocieplność?
Ale do tej pory zagadką pozostaje to, w jaki sposób wykształcił się złożony mechanizm pozwalający żywym organizmom aktywnie rozgrzewać się i chłodzić bez względu na zewnętrzne warunki.
Najnowsze badanie wskazuje jednak datę, kiedy doszło do tego przełomu. Pierwsze stałocieplne zwierzęta powstały - dość nagle - około 233 mln lat temu. Tajemnicę udało się rozwikłać dzięki śladom pozostałym w ich uszach.
Wcześniej naukowcy szacowali, że stałocieplność, czyli endotermia, stopniowo ewoluowała w ciągu około 120 milionów lat, opierając się na wskazówkach ze szkieletów zwierząt i ich otoczenia. Ale Ricardo Araújo z Uniwersytetu Lizbońskiego w Portugalii i jego koledzy podejrzewali, że kostne labirynty zawierające półkoliste kanały w uchu wewnętrznym mogą dostarczyć dokładniejszego zapisu.
Te, wypełnione płynem, kanały w uchu wewnętrznym pomagają zwierzętom utrzymać równowagę i orientację. Ale ponieważ temperatura wpływa na zachowanie płynów, stałocieplne zwierzęta teoretycznie musiałyby wyewoluować inny kształt ucha wewnętrznego niż ich zimnokrwiści przodkowie, aby utrzymać prawidłowy system orientacji.
Araújo i jego koledzy wykorzystali technikę skanowania rentgenowskiego zwaną mikrotomografią do zbadania uszu wewnętrznych setek współczesnych zwierząt, w tym ssaków, gadów, ptaków, płazów i ryb oraz 64 wymarłych gatunków przodków ssaków. Odkryli, że u ssaków, które są stałocieplne, wewnętrzne kanały uszne były bardziej okrągłe, mniejsze i cieńsze w porównaniu z gadami zimnokrwistymi, płazami i rybami.
Uszy pozwoliły rozwikłać odwieczną tajemnicę
Na przykład ryby żyjące w zimnej wodzie mają ogromne kanały jak na ich rozmiar ciała, mówi magazynowi “New Scientist" Romain David z Muzeum Historii Naturalnej w Londynie. "W rozmiarach kanału półkolistego istnieje więc rodzaj gradientu, od bardzo niskiej temperatury ciała ryb do bardzo wysokich temperatur ssaków".
Naukowcy szybko zdali sobie sprawę, że mogą określić, czy zwierzęta są ciepłokrwiste, czy zimnokrwiste z dużą pewnością, po prostu patrząc na ich uszy wewnętrzne.
Zespół przyjrzał się więc kanałom ucha wewnętrznego w ich starożytnych okazach z kilkuset milionów lat. Naukowcy ustalili, że przodkowie ssaków po raz pierwszy stali się stałocieplni w okresie zaledwie około 1 miliona lat w późnym triasie, 233 miliony lat temu. "Nastąpiło to bardzo nagle, a nie stopniowo, jak sądzono przez długi czas" - mówi David.
Mniej więcej w tym samym czasie pojawili się pierwsi przodkowie ssaków wyposażeni w sierść i wibrysy. Ciepłokrwistość pozwoliłaby tym zwierzętom zapuścić się na zimniejsze terytoria i pozostać aktywnymi dłużej.
Jednak bycie ciepłokrwistym wiąże się z kosztami. Utrzymanie stałej temperatury ciała wymaga dużej ilości energii, potrzebnej do wewnętrznej produkcji ciepła. To może wyjaśniać, dlaczego mimo pojawienia się ciepłokrwistej konkurencji, inne linie ewolucyjne pozostały przy stałocieplności. Była korzystna zwłaszcza w ciepłych klimatach, w których nie było wiele jedzenia.
Naukowcy odkryli, że ptaki, które są ciepłokrwistymi potomkami gadów, wyewoluowały endotermię niezależnie od ssaków, co przejawia się w innym kształcie ucha wewnętrznego.
