Холодно — теплее
Холодно — теплее
У позвоночных в скелете накапливаются значительные запасы фосфата. В случае крайней необходимости, когда иссякают внешние источники, они восполняют энергозатраты. Прочие животные (некоторые раки, многощетинковые черви, брахиоподы) сами спрятались под фосфатным скелетом. Ослаблять внешний покров нежелательно даже на время. Собственная энергетическая подстанция, вероятно, предопределила переход позвоночных к сохранению постоянной температуры тела (теплокровности).
Млекопитающие, птицы и, наверное, некоторые цинодонты теплокровны благодаря высокой отдаче тепла от обмена веществ, мускульных сокращений и теплоизоляции (шерсть или перья). Все это позволяет сохранять температуру тела почти неизменной — в пределах всего 2 °C. Современные пресмыкающиеся согреваются извне — под лучами солнца или теплом, отражаемым Землей (особенно по ночам в пустыне). Кожистые и зеленые морские черепахи, одетые в панцири-термостаты, менее зависимы от внешних источников. Они и плавают с нечерепашьей скоростью — до 36 км в час. Наоборот, древесные ленивцы, будучи млекопитающими, настолько «обленились», что низкие темпы обмена веществ опустили температуру их тела до 20 °C. Только-только хватает для пищеварения. У самых крупных наземных пресмыкающихся температура не превышает 14 °C при 20 °C снаружи (комодский варан весом 912 кг) или меняется в широких пределах от 36 °C летом до 24 °C зимой (австралийские вараниды). Выходит, о температуре динозавров можно только догадываться? Со времен находок заполярных поселений динозавров на Аляске споры об их теплокровности участились. Изучение динозавровых носов, также как сравнение строения динозавровых и птичьих костей и зубов, сильно повредило этой популярной гипотезе. Если бы 30—80-тонный брахиозавр был теплокровным, то при собственной температуре 37 °C он терял бы 170 л воды в день (или 2 г в секунду), если бы, конечно, успевал восполнять эту потерю. То есть существуют ограничения, связанные с перегревом. Кроме того, ему нужно было бы в 19 раз больше пищи, чем жирафу, и это при одинаковых размерах головы. Среди крупнейших современных зверей и даже рыб нет растительноядных. Все они потребляют более калорийную пищу и живут в воде, спасаясь от перегрева (190-тонный синий кит и 15-тонная китовая акула).
Крупные позвоночные (и пресмыкающиеся, и млекопитающие) обладают сходным замедленным обменом веществ и сохраняют относительно постоянную внутреннюю (сердцевинную) температуру. Температура поддерживается большой массой тела (гигантотермией). Гигантотермия достигается быстрее, если добавить внешнюю изоляцию (например, горб или толстый хвост), которая замедлит излучение тепла. Гигантотермные позвоночные хорошо защищены от переохлаждения и перегрева. Горбатость или хвостатость, по-видимому, была присуща многим динозаврам (диплодок, протоцератопс, стегозавр и другие). Горбатые динозавры выжили в жарких юрских и меловых условиях, приведших к гибели многих наземных организмов.
Все они, впрочем, были ящерами весомыми. А как же мелочь?
Меловые целурозавры приобрели много типично птичьих Признаков, включая размеры яиц, строение скорлупы, тип гнездования, характер оперения и, кроме того, широкую грудину гибкую шею, окостеневшие грудные ребра, большие глазницы и относительно большой мозг. Находки меловых «пернатых» динозавров в Китае подсказали, что динозавровая мелюзга действительно могла быть теплокровной. (В принципе на тканевом уровне между чешуей и пером разница почти не заметна) Перья, правда, торчали очень своеобычно.
Синозавроптерикс («китайский ящерокрыл») был размером с небольшого страуса. От его высокого узкого тела отходил весьма длинный хвост и довольно короткие, но крепкие передние конечности. Шкурка была утыкана полыми извилистыми нитями до пяти сантиметров длиной. Они ветвились подобно перышкам современных птиц, но не имели ни крючков, ни бородок, характерных для маховых перьев. Передними конечностями с массивным первым пальцем, несущим крупный коготь, ящерокрыл мог умерщвлять свою добычу. В его желудке сохранились остатки последней трапезы: ящерицы и мелкие млекопитающие. В отличие от птиц у его самки было два яйцеклада, через которые она откладывала множество мелких яиц. Другой китайский «птицединозавр» — протархеоптерикс — носил настоящие перья. Каудиптер (лат. и греч. «хвостопер») выглядел как недощипанный индюк — с длинными перьями только на передних лапах и на хвосте. Такие перья могли использоваться только для прохаживания перед самкой и ухаживания за ней, но не для полета. У микрораптора длинные перья покрывали все четыре конечности и кончик хвоста. Многие, глядя на реконструкции этого мелкого ящера, задумались: уж не летал ли он? Но на рисунках его облику придали «излишне» птичий вид. На самом деле площадь крыльев маловата для создания подъемной силы, и ящер мог только планировать.
Интересно, что российский палеонтолог Сергей Михаилович Курганов предсказал наличие перьев у динозавров по одному строению скелета за 15 лет до китайских находок.
Описанный им монгольский авимим (лат. «птицеподобный») был около 80 см величиной, с короткими и широкими за счет второстепенных маховых перьев крыльями. Возможно, авимим мог вспархивать во время охоты или при опасности, как плохо летающие птицы. Важнее то, что у меловых ящеров обнаружился сохранявший тепло перьевой покров.
Все эти признаки, хотя и надежные, все-таки косвенные. Вот если бы измерить температуру у самого динозавра. Оказалось — можно и это. У теплокровных животных температура примерно одна и та же по всему телу. (Градусник, не боясь ошибиться, можно вставлять и под мышку, и в рот, и еще куда-нибудь). Иначе у холоднокровных. У них конечности и другие выступающие части, как правило, холоднее. (Может быть, поэтому у китайских «дракончиков» оперение в первую очередь появилось на лапах и хвосте?) Далее запускаем в ход уже знакомые изотопы кислорода и по их соотношению меряем температуру в конечностях (фаланги пальцев) и теле (основной скелет) позднемеловых динозавров.
Все они оказались немного разными. Юный растительноядный гипсилофодонт больше полагался на внешнее тепло, но перепад температур в разных частях его тела был меньше, чем у холоднокровных той же размерности. Небольшой протоцератопс был достаточно резв, а подросток цератопс сохранял почти постоянную температуру. Крупный (7–9 м длиной и около 5 т весом) гадрозавр отличался среди них самым высоким уровнем обмена веществ. Значит, темпы обмена веществ у позднемеловых динозавров были выше, чем у современных пресмыкающихся, но не такими высокими, как у млекопитающих и птиц. Но и этого хватало для сохранения почти постоянной температуры тела при внешних изменениях в пределах 10–15 °C, как в безморозном позднемеловом климате.
Даже гигантотермия была достаточным условием, чтобы динозавры стали крупнейшими травоядными животными на суше. Два важных изменения произошли там в раннеюрскую и позднемеловую эпохи. Во-первых, появились животные, способные ощипывать ветки деревьев. Это были длинношеие и длиннолапые прозавроподы (до 10 м длиной). До сих пор растительноядные буквально не поднимали голову от земли. Во-вторых, животные научились жевать. Все палеозойские и большинство триасовых позвоночных поедали растения, как современные черепахи, срезающие или нарезающие кусочки острыми ножницеподобными челюстями. Размалыванию пищи во рту у них препятствует отсутствие продольного или поперечного смещения нижней челюсти по отношению к верхней. Среди триасовых зверей жевать могли только некоторые цинодонты, ринхозавры и проколофоны. Измельчать пищу жеванием независимо стали разные птицетазовые динозавры, клювоголовые ящерицы и многобугорчатые млекопитающие. А к теплокровности, по-видимому, приблизились и другие архозавры — птерозавры.