Восстановление жизни листрозавра в состоянии оцепенения. Предоставлено: Crystal Shin.
Гибернация – привычная функция на Земле сегодня. Многие животные, особенно те, которые живут недалеко от полярных регионов или в их пределах, впадают в спячку, чтобы пережить тяжелые зимние месяцы, когда еды не хватает, температуры падают, а дни темные.
Согласно новым исследованиям, этот вид адаптации имеет давнюю историю. В статье, опубликованной сегодня (27 августа 2020 г.) в журнале Биология коммуникации, ученые из Вашингтонский университет и его Музей естественной истории и культуры Бёрка сообщают о свидетельствах состояния, напоминающего спячку, у животного, которое обитало в Антарктиде в ранние годы. Триасовыйоколо 250 миллионов лет назад.
Существо, принадлежащее к роду Lystrosaurus, было дальним родственником млекопитающих. Антарктида во времена Листрозавра находилась в основном в пределах Южного полярного круга, как и сегодня, и каждую зиму испытывала длительные периоды отсутствия солнечного света.
Карта Пангеи раннего триаса, показывающая расположение популяций антарктического (синий) и южноафриканский (оранжевый) популяций Lystrosaurus, сравниваемых в этом исследовании. Предоставлено: Меган Уитни / Кристиан Сидор.
Окаменелости являются старейшим свидетельством состояния, подобного спячке, у позвоночных животных и указывают на то, что оцепенение – общий термин для гибернации и подобных состояний, при которых животные временно снижают скорость метаболизма, чтобы пережить тяжелый сезон, – возник у позвоночных еще раньше. эволюционировали млекопитающие и динозавры.
«Животным, живущим на полюсах или рядом с ними, всегда приходилось сталкиваться с более экстремальными условиями окружающей среды», – сказала ведущий автор Меган Уитни, научный сотрудник Гарвардского университета, которая проводила это исследование в качестве докторанта биологии UW. «Эти предварительные результаты показывают, что переход в состояние, подобное спячке, не является относительно новым типом адаптации. Он древний.
На этом тонком срезе окаменелого бивня антарктического листрозавра видны слои дентина, отложившиеся в кольцах роста. Бивень рос внутрь, причем самые старые слои располагались по краю, а самые молодые – ближе к центру, где должна была находиться полость пульпы. Вверху справа показаны слои крупным планом с белой полосой, выделяющей зону, указывающую на состояние, подобное гибернации. Шкала шкалы 1 миллиметр. Предоставлено: Меган Уитни / Кристиан Сидор.
Листрозавр жил в динамичный период истории нашей планеты, возник как раз перед самым массовым вымиранием Земли в конце пермского периода, в результате которого было уничтожено около 70% видов позвоночных на суше, и каким-то образом выжил. Крепкие четвероногие фуражиры прожили еще 5 миллионов лет в последующий триасовый период и распространились по полосам тогда единственного континента Земли, Пангеи, включая территорию, которая сейчас является Антарктидой.
«Тот факт, что Lystrosaurus пережил массовое вымирание в конце пермского периода и имел такой широкий ареал в раннем триасе, сделал их очень хорошо изученной группой животных для понимания выживания и адаптации», – сказал соавтор Кристиан Сидор, профессор UW. биологии и куратор палеонтологии позвоночных в Музее Берка.
Сегодня палеонтологи находят окаменелости Lystrosaurus в Индии, Китае, России, некоторых частях Африки и Антарктиде. Эти приземистые, коренастые существа – большинство из них были размером примерно со свинью, но некоторые вырастали от 6 до 8 футов в длину – не имели зубов, но имели пару клыков в верхней челюсти, которые они, вероятно, использовали для кормления среди наземной растительности и рытья корней. и клубни, по словам Уитни.
На этом изображении тонкого среза окаменелого бивня южноафриканского Lystrosaurus черные стрелки показывают слои дентина, отложенные слоями нароста, без признаков состояния, подобного гибернации. Шкала шкалы 0,1 миллиметра. Предоставлено: Меган Уитни / Кристиан Сидор.
Эти бивни сделали возможным исследование Уитни и Сидора. Как и у слонов, бивни Lystrosaurus непрерывно росли на протяжении всей своей жизни. Поперечные срезы окаменелых клыков могут содержать информацию из истории жизни о метаболизме, росте, стрессе или напряжении. Уитни и Сидор сравнили поперечные сечения бивней шести антарктических листрозавров с поперечными сечениями четырех листрозавров из Южной Африки.
Еще в триасовый период места сбора в Антарктиде находились примерно на 72 градусе южной широты – в пределах Северного полярного круга, на 66,3 градуса южной широты. Места сбора в Южной Африке находились более чем в 550 милях к северу во время триасового периода на 58-61 градусе южной широты, далеко за полярным кругом.
Бивни из этих двух областей показали похожие модели роста, со слоями дентина, расположенными в виде концентрических кругов, как годичные кольца. Но в окаменелостях Антарктики есть дополнительная особенность, которая редко встречалась или отсутствовала в клыках дальше на север: близко расположенные толстые кольца, которые, вероятно, указывают на периоды меньшего осаждения из-за длительного стресса, по мнению исследователей.
Меган Уитни, тогда докторант Вашингтонского университета, раскапывает окаменелости в Антарктиде в 2017 году. Сейчас Уитни работает палеонтологом в Гарвардском университете. Предоставлено: Кристиан Сидор.
«Ближайший аналог« отметок стресса », которые мы наблюдали на бивнях антарктического Lystrosaurus, – это следы напряжения на зубах, связанные с гибернацией у некоторых современных животных», – сказал Уитни.
Исследователи не могут окончательно сделать вывод, что Lystrosaurus пережил настоящую гибернацию, которая представляет собой специфическое недельное снижение метаболизма, температуры тела и активности. По словам Сидора, стресс мог быть вызван другой формой оцепенения, похожей на спячку, например, более кратковременным снижением метаболизма.
По словам Уитни, Lystrosaurus в Антарктиде, вероятно, нуждался в какой-то форме адаптации, похожей на спячку, чтобы справиться с жизнью возле Южного полюса. Хотя в триасе Земля была намного теплее, чем сегодня, а некоторые части Антарктиды, возможно, были засажены деревьями, растения и животные за Южным полярным кругом по-прежнему будут испытывать резкие ежегодные колебания количества дневного света, а зимой солнце отсутствовало бы долгое время.
Палеонтолог из Вашингтонского университета Кристиан Сидор проводит раскопки окаменелостей в Антарктиде в 2017 году. Фото: Меган Уитни
По словам Уитни, многие другие древние позвоночные в высоких широтах, возможно, также использовали оцепенение, в том числе спячку, чтобы справиться с зимними нагрузками. Но у многих известных вымерших животных, включая динозавров, которые развились и распространились после того, как вымер Lystrosaurus, нет зубов, которые постоянно растут.
«Чтобы увидеть специфические признаки стресса и напряжения, вызванного спячкой, вам нужно посмотреть на что-то, что может окаменеть и постоянно росло в течение жизни животного», – сказал Сидор. «У многих животных этого нет, но, к счастью, у Листрозавра это было».
Если анализ дополнительных окаменелостей антарктического и южноафриканского Lystrosaurus подтвердит это открытие, это может также разрешить еще один спор об этих древних, здоровых животных.
«Хладнокровные животные часто полностью отключают свой метаболизм в тяжелое время года, но многие эндотермические или« теплокровные »животные, впадающие в спячку, часто повторно активируют свой метаболизм в период спячки», – сказал Уитни. «То, что мы наблюдали в бивнях антарктического Lystrosaurus, соответствует схеме небольших метаболических« событий реактивации »в период стресса, что наиболее похоже на то, что мы наблюдаем у теплокровных гибернаторов сегодня».
Если так, то этот дальний родственник млекопитающих – не просто пример здорового существа. Это также напоминание о том, что многие особенности сегодняшней жизни могли существовать за сотни миллионов лет до того, как люди эволюционировали, чтобы их наблюдать.
Ссылка: «Свидетельства оцепенения в клыках листрозавра из раннего триаса Антарктиды» Меган Р. Уитни и Кристиан А. Сидор, 27 августа 2020 г., Биология коммуникации.
DOI: 10.1038 / s42003-020-01207-6
Исследование финансировалось Национальным научным фондом.
