入り口恐竜には温血動物と冷血動物がありました。 大型恐竜はすべて温血動物でした。 サメ、オサガメ、そして...恐竜
代謝率の点で、中生代のトカゲは冷血動物と温血動物の中間の位置を占めており、そのおかげでしばらくの間「地球を征服する」ことができました。
私たちは学校で、動物が変温動物である冷血動物と温血動物または内温動物に分類されることを覚えています。 変温動物の体温は気温に依存します 環境、これらには魚、爬虫類、両生類が含まれます。 変温動物の代謝率は低いです。 一方、恒温動物は、より活発な代謝のおかげで、環境が暖かくても寒くても、体温を一定に保つことができます。 恒温動物には鳥や動物が含まれます。
恐竜の中温性の性質は、恐竜の進化の成功を少なくとも部分的に説明できる可能性があります。 (写真提供: ロン・ワッツ/コービス)
相対的なサイズと成長速度を示す、外温動物、中温動物、吸熱動物。 (イラスト: John M. Grady/ニューメキシコ大学)
恐竜は爬虫類なので、冷血動物であるとしても当然です。 長い間恐竜の冷血さを疑う人は誰もいなかった。 しかし、今日、かつての恐竜に最も近い親戚は鳥類であり、その代謝率は非常に高い。 そして時間が経つにつれて、研究者たちは、冷血恐竜から温血鳥類へのこのような急激な変化がどのようにして起こったのか、そして絶滅したトカゲの一部は温血動物だったのかについて疑問を抱くようになった。
答えを見つけるには、恐竜の代謝率を推定する必要がありますが、古代の骨だけを使ってどうやってそれを推定できるのでしょうか? 実際、代謝率は動物の成長率で判断でき、成長率は骨格で評価できます。 同様の方法が植物学でも使用されており、幹の切り口にある年輪によって、その年が木にとって良い年か悪い年だったかが判断されます。年輪が広い場合は、条件が良好で、木が元気だったことを意味します。すぐに成長しました。 ほぼ同じ方法で骨組織の層を評価することができ、骨の成長の速さまたは遅さが代謝の速さまたは遅さを示します。 この方法を使用すると、現代の動物の代謝率をかなり確実に予測することができます。たとえば、動物の代謝率は爬虫類の 10 倍であり、哺乳類はトカゲやヘビなどの 10 倍の速さで成長します。
このような分析は、恐竜についてのみ、ジョン・グレイディによって行われました（ ジョン・M・グレイディ) とニューメキシコ大学の同僚らは、研究結果を次の論文で発表しました。 科学。 彼らは骨の成長を評価するだけでなく、それを骨の成長と比較しました。 全体のサイズ誕生から成体になるまでの動物の体。 そこで、恐竜のデータを現生の温血動物および冷血動物のデータと比較すると、絶滅した恐竜は真の温血動物でも真の冷血動物でもない、ある中間の位置を占めていることが判明しました。
このような動物は中温動物と呼ばれ、現生種の中には、例えば大型の動物が含まれます。 白いサメ、マグロ、オサガメ、ハリモグラ。 哺乳類や鳥類と同様、中温動物は自ら熱を生成できますが、体温を一定に維持することができないため、 現代の爬虫類。 たとえばマグロの場合、深くなると体温は著しく低下しますが、それでも周囲の水よりは高くなります。
体の大きさは中温症の発生に影響を与える可能性があります。大きな動物は熱を維持するのが容易であるため、たとえば、大きなオサガメは中温症になる余裕がありますが、小型のアオウミガメは一般的な冷血爬虫類です。 しかし、ここでの依存性は 100% ではありません。アオザメは中温魚であり、ジンベエザメはその巨大なサイズにもかかわらず、冷血なままです。
体温を維持するために、温血動物は、震えから蓄積脂肪の燃焼まで、環境温度が低下するとオンになる一連の生理学的メカニズムを備えています。 中温動物にはそのようなトリックがないため、外部温度に大きく依存します。 一方、変温動物の中には、その体の大きさから、日向ぼっこするワニのように熱を蓄積することができる、いわゆる巨大温動物がいます。 熱くなり冷めるのはよりゆっくりですが、ここでも環境が決定的な役割を果たします。 中温動物は、巨温動物とは異なり、体温を一定の範囲内に維持するための独自の資源を依然として持っています。
恐竜の話に戻りますが、恐竜は中温のおかげで、通常の冷血爬虫類よりも速く移動し、成長し、繁殖することができました。 ちなみに、これが中生代における恐竜の驚くべき進化の成功の理由の1つである可能性があります。 一方で、彼らの代謝率は温血動物よりもまだ低く、そのため多くの動物が達成することができました。 巨大なサイズ。 つまり、たとえば、ティラノサウルスが温血動物である場合、必要な量のエネルギーを自分自身で提供することができず、捕食者であり続けることになります。
同時に、この作品の著者らは、恐竜は非常に多様なグループであり、おそらくすべてが中温動物ではなかったと強調しています。 もう 1 つの問題は、一部の絶滅種については、それらが中温動物だったのか、単にあまり活動的ではない温血種だったのかを判断するのが難しいことです。 たとえば、始祖鳥を例に挙げると、最も重要な動物の 1 つです。 有名な候補者鳥の祖先であるタカは 2 年で成鳥に達しますが、同じような大きさのタカは 6 週間で成鳥に成長します。 始祖鳥はおそらくその子孫ほど温血ではなかったでしょう。 一般に、鳥や動物の温血性の起源は依然として進化上の最大の謎の一つであり、この研究の著者らは、自分たちの研究結果がこの謎を少しでも解明できることを期待している。
：恐竜はトカゲのような冷血動物でも、哺乳類のような恒温動物でもありませんでした。
古代のトカゲが変温動物（環境を利用して内部温度を調節する）か内温動物（内部から体温を調節する）であるかについての議論は、何十年も続いている。 温血動物はより濃厚な栄養を必要とし、より多くのエネルギーと可動性を持ち、脳がより激しく働くことが知られています。 変温動物にはこれらの利点がありませんが、より経済的にエネルギーを消費するため、 頻繁な約束食べ物。
グレイディ氏は、アラスカなどの極地で採取された恐竜の化石を研究することで、自分の発見を確認する予定だ。 彼は、一部の科学者が動物の体温を決定するのに役立つと信じている骨の同位体の測定値を比較したいと考えています。 この情報は、グレイディのチームが特定の恐竜種ごとにどれだけのエネルギーを消費したかを理解するのに役立ちます。
現在 研究論文古生物学者の論文はサイエンス誌に掲載されました。
絶滅した動物の代謝率の評価により、体重20kgを超える二足歩行の恐竜は温血動物である可能性が高く、内温性そのもの（恒温性、温血性）が進化の重要な方向性であることが証明された。
セントルイスのジョージ・ワシントン大学のハーマン・ポンツァーと王立獣医大学のヴィヴィアン・アレンとジョン・ハッチンソンは、比較テストを行った研究を実施した。 簡単なテクニック化石トカゲの代謝率の推定。 科学者らは、体重20kg以上の二足歩行恐竜は温血動物だったと主張している。 しかし、恐竜の代謝に関する最終的な解明はまだかなり遠いです。
寒い、暑い
によると 現代の分類恐竜は爬虫類の綱に属します。 そしてすべての爬虫類は変温動物です。 この背景の「白いカラス」はワニです。 この目の代表者の体温は、日中にわずか 1 ～ 2 度しか変化しませんが、これは次のような理由により達成されます。 大きいサイズ構造上の特徴: 殻とその下の骨は蓄熱体として機能し、ゆっくりと加熱し、同様にゆっくりと冷却します。 この現象は慣性恒温と呼ばれます。真の恒温とは対照的に、代謝レベルにより外部条件に関係なく一定の温度を維持できます。 体温を一定に保つためには、より多くの食物が必要であることは明らかです。 しかし、突然の寒さによって活動が妨げられることはありません。
当初、恐竜はすぐに冷血動物として分類されました。 しかし、20世紀の60年代以降、この記録はますます明らかではなくなりました。 当時の寒冷な亜極地であるオーストラリアでの恐竜の化石の発見や、断熱「衣服」の可能性がある羽毛の存在など、多くの発見は、少なくとも一部の恐竜が温血動物であったことを示唆している。 その後の発見、例えば心臓が四腔である可能性などは、科学者の疑惑を強めるだけだった。 現在、多くの古生物学者や古生物学者は、恐竜自体の温血性についてではなく、どの恐竜が一定の体温を持ち、どの恐竜がそうでないかについて議論することがあります。
二本足で
研究において、科学者たちは動物のエネルギー消費に依存することにしました。 現代の哺乳類や鳥類では、爬虫類や無脊椎動物よりも単位質量あたりの量が大幅に高くなります。 ただし、控えめに言っても、この値を直接測定するのは簡単ではありません。 恐竜に残されたのは骨だけで、完全な骨格さえも比較的少数でした。 そこで私は別の道、つまりモデリングに進む必要がありました。 研究者らは動物の骨の大きさと体重に基づいて運動筋の位置と体積を決定し、さまざまな速度で移動するために必要な酸素の量を計算した。 研究者らは検討のために、獣脚類（獣脚類）亜目に属する14属、つまり後に鳥類が発生した二本足のトカゲを取り上げた。 この地域で興味深いのは二本足の機敏な捕食者です。 巨大な四本足の草食動物は、「獲物」が動かない性質のため機敏さについて知られておらず、特に活発な新陳代謝を必要としませんでした。
5つであることが判明しました 最大の代表者ティラノサウルスを含むモデルサンプルから得られた動物は、たとえ歩くときであっても、冷血動物の代謝が提供できるよりもはるかに多くの酸素を必要とします。 そしていつ 速く走る体重わずか20kgの恐竜でも大量の酸素を必要とします。 ちなみに、科学者によると、ティラノサウルスが秒速5メートルで走るには、毎秒約6リットルの酸素ガスが必要だそうです。
得られたデータを遺伝的系統図に重ね合わせた結果、科学者たちは吸熱性が後のトカゲの特性であるという結論に達しました。 これは驚くべきことではありません。 現代の鳥獣脚類の子孫と考えられており、鳥類は熱血と 4 室の心臓を持っており、一般に恐竜にとってまさに理想的です。
現像時の温度上昇
という非常に興味深い証拠が 大きな恐竜これは慣性吸熱作用であり、大型恐竜の骨がどのように成長するかを研究したジェームズ・ギルーリー、アンドリュー・アレン、エリック・チャーノフによって2006年に得られた。 植物がどのような条件で成長したかを示す年輪と同様に、骨の発達もその所有者の体重に依存します。 大きなトカゲの骨の成長は不均一であることが判明しました。 初めの頃なら 人生の道大型恐竜の体温は25℃で、その後、体重が数百キログラムに達すると、急激に成長し、最高レベルに達しました。 大きな標本 35℃。 つまり、サイズが大きくなるにつれて、熱を保持する能力が生じます。 しかし、小型恐竜は体温を上げませんでした。 しかし、愛好家の中には、恐竜にも真の温血があったと確信している人もいます。結局のところ、慣性血液は許されないのです。 長い間涼しい気候にあり、多くの巨人の生息地はリゾートから遠く離れています。
恐竜は現代の哺乳類や鳥類のような温血動物でも、爬虫類や両生類のような冷血動物でもありませんでした。 6月13日にサイエンス誌に発表されたアメリカの科学者らの研究は、これらの古代のトカゲの生物が体の加熱のこれらの原理の両方を組み合わせていたことを示しています。
ニューメキシコ大学とアリゾナ大学の古生物学者と生物学者は、数百万年前に地球に生息していた恐竜は、彼らが中温動物、つまり恒温動物と冷血動物の中間と呼ぶ特別なカテゴリーの生き物として分類されるべきだと主張している。 -血まみれの。
研究者らは、体温を一定に維持する能力を持つ生物は代謝が増加していることに注目しています。 彼らはより速く動き、より多くのエネルギーを消費し、より多くの食物を必要とします。 これらの生き物には、すべての哺乳類と鳥類が含まれます。 変温動物の体温は周囲の温度によって変化します。 エネルギーをより経済的に消費するため、必要な食料は少なくなりますが、同時に活動性も低下します。 このカテゴリには、爬虫類、両生類、魚が含まれますが、これらに限定されません。
生物学者が指摘しているように、これらのグループはどちらも成長速度が異なります。温血グループはより速くサイズが増加し、冷血グループはよりゆっくりとサイズが増加します。 「代謝が2倍になれば、成長率も2倍になります」とニューメキシコ大学の科学者ジョン・グレイディ氏は言う。
研究著者らによると、木の幹とほぼ同じ一種の「成長輪」が形成される動物の骨を研究することで、動物の成長速度を知ることが可能だという。 科学者たちは、21種の恐竜、特にティラノサウルス、アロサウルス、トロオドンを含む381種の動物の骨格を分析し、古代のトカゲの成長速度は平均的であり、冷血動物の成長速度よりも高いという結論に達しました。ただし、温血動物よりは低いです。
アリゾナ州立大学の進化生物学者ブライアン・エンクイスト氏は、「我々の結果は、恐竜が温血生物にも冷血生物にも典型的ではない代謝を持っていたことを示している。恐竜は哺乳類や鳥類とは異なる機能を持っており、爬虫類や魚類とは異なる」と述べた。 。
科学者によると、恐竜は温血動物のように部分的に自分で体を温め、冷血動物のように部分的に環境に依存していました。 研究者らによると、この戦略を使用する動物は、地球の現代の住民にも含まれています。 このカテゴリーには、サメ、マグロ、オサガメのいくつかの種に加え、カモノハシやハリモグラが含まれます。 「例えば、マグロの体温は水中に深く潜ると低下しますが、常に周囲の環境より暖かいのです」とグレイディ氏は説明した。
現代の哺乳類と鳥類は温血動物ですが、魚類、爬虫類、両生類は冷血動物です。 そして、結局のところ、恐竜はその中間の選択肢でした。
恐竜は今日の哺乳類や鳥類のように一定の体温を維持できたのでしょうか、それとも現代の魚類、両生類、爬虫類のように周囲の温度に応じて大きく変化したのでしょうか？ この疑問は、古生物学者を何十年も悩ませてきました。 恐竜が内温動物か変温動物かというテーマについては、最終的な解決の見込みがなかったため、長い間、学術的な性質の激しい議論が行われてきました。
アルバカーキのニューメキシコ大学のアメリカ人生物学者ジョン・グレイディは次のように述べています。「この問題に関して信頼できる結果が得られなかった主な理由の一つは、これまで絶滅した動物種の温血性を評価する方法がなかったことです。」 通常、研究者は骨の構造を研究し、どの骨構造であるかを決定します。 現生種この古代の動物は、温血哺乳類または冷血爬虫類に近いです。 時にはそのような比較が意味をなすこともありましたが、この議論全体のように、無駄であることが判明した場合の方が多かったです。」
主な違いは代謝率です
一方、内温動物は変温動物とは異なり、まず第一に、前者では代謝が20〜30倍速く進行します。これにより、恒温動物は体温を維持するために消費した食物から十分な量のエネルギーを生産できます。一定のレベルで。 そこでジョン・グレイディは、化石化した骨片から代謝率を推定することが可能かどうか疑問に思いました。 研究者は次のように述べています。 ここ数年恐竜の成長率を推定した論文がたくさん出版されており、このデータに基づいてエネルギー消費のレベルを決定できるのではないかと思いつきました。 そして、恐竜が生きるのにどれだけのエネルギーが必要かがわかれば、恐竜がどれだけの熱を発生するかを推定することができます。」
実際、木の幹の切り口と同じように、恐竜の骨の切り口にも年輪が見えます。 これにより、動物の年齢を高精度に判定することが可能となる。 骨の大きさ、形、構造から動物の体重と成長速度を推定することができますが、これに基づいて動物の体重を推定することはできません。 多くの作業エネルギー必要量と代謝率を計算します。
成長率は良い指標です
これはまさにジョン・グレイディが最も多くの400人近くの代表者に対して行ったことである。 他の種類、現生および絶滅した鳥、爬虫類、魚、哺乳類、恐竜の両方。 研究者も注目 青いクジラ、シロアシハムスター、シュモクザメ、 コモドドラゴン。 対応する論文はサイエンス誌に掲載されました。 「成長率は代謝レベルを評価するための非常に優れた指標であることが判明しました」と研究者は言います。 「この技術を恐竜に適用すると、内温動物と変温動物の代謝率のちょうど中間に位置する結果が得られました。」
ジョン・グレイディは自分の技術を 21 種の恐竜に適用しました。 その中には、アパトサウルスのような草食の竜脚類や、ティラノサウルスのような肉食の獣脚類も含まれていました。 しかし、いずれの場合も、科学者の計算ではほぼ同じ結果が得られました。 その結果、恐竜は現代の哺乳類や鳥類のような完全な温血動物ではないが、現代のトカゲやヘビのような完全な冷血動物でもなかったことがわかりました。 どうやら、恐竜はある中間レベルの代謝を特徴としていたようです。
ワニの慣性吸熱作用
実際、現代の動物において変温性と内温性との間に明確な境界線を引くことは容易ではありません。 たとえば、科学はいわゆる慣性吸熱作用を知っています。この現象では、かなりの程度の温血性が達成されます。 大きいサイズ動物: レベルと 暖かい気候日中は熱が蓄積され、一晩中冷える時間がありません。 ここでの典型的な例はワニです。日中、ワニは常に日光浴をしており (この特定の行動は日向ぼっこと呼ばれます)、これによりワニはかなり長い時間、ほぼ常により多くのエネルギーを維持することができます。 高温周囲の温度よりも本体の温度が高くなります。 ただし、熱は自分自身の代謝には関与せず、外部からのみ得られることが重要です。
サメ、オサガメ、そして...恐竜
マグロとホホジロザメは別問題です。 アクティブな水泳彼らの体温は水温を10度以上超えることがありますが、この効果は彼ら自身の代謝と特性によって達成されます。 循環系。 同様のメカニズムはオサガメにも見られます。 体温が平均値から両方向に10度逸脱する可能性がある哺乳類もいます。これはハリモグラです。
ジョン・グレイディは、恐竜でも体温はほぼ同じように調節されていたと考えており、そのための提案さえした。 中間型代謝の名前：「私たちは、古代ギリシャ語のμέσος（平均）とθέρμη（熱）から、新しい単語、中温を作りました。 ちなみに、このような中間タイプの代謝は、当時支配していた気候条件では、明らかに恐竜にとって最適でした。 中生代-私たちの地球上で。」
恐竜は異質すぎるグループです
しかし、恐竜の体温調節のメカニズムに関する多くの疑問は依然として未解決のままです。 ジョン・グレイディは中緯度と熱帯に生息する恐竜を研究しましたが、冬が非常に寒い極地に生息する恐竜はどうでしょうか? さらに、恐竜は 1 億 8,500 万年間地球を支配していました。これは、ステゴサウルスとティラノサウルスが私たちから離れていた期間よりも、ステゴサウルスがティラノサウルスから離れていたことを意味します。 それに、恐竜は非常に 異質なグループ: 泳ぐ者、這う者、歩いたり走ったり、飛ぶ者もいた。 ある者は植物を食べ、ある者は腐肉を食べ、ある者は狩りをした。 巨人もいれば小人もいた。 ある者はその日をリードし、他の者は 夜の画像人生; 肌も違っていました。
互いに大きく異なるこれらすべての動物が、数千万年にわたって同じ種類の代謝を特徴としていたとは考えにくいです。