Pochodzenie ssaczej stałocieplności

[Read it in English!] [¡Léalo en español!] [plik pdf v. 30.09.2016]

hair-coprolite-Vyazniki
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 Botha-Brink 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
Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s