Zwierzęta stałocieplne utrzymują w miarę stałą temperaturę ciała. To cecha spotykana u ssaków i ptaków, nieobecna u starszych ewolucyjnie kręgowców, płazów i gadów. Do tej pory sądzono, że stałocieplność powstała u ssaków i ptaków oddzielnie.
Zespół badaczy pod kierunkiem prof. Gordona Grigga z australijskiego Univeristy of Queensland stawia hipotezę, że jej pochodzenie jest starsze. Zdolność do utrzymania stałej temperatury ciała mogła pojawić się już u pierwszych lądowych zwierząt.
To bardzo śmiała hipoteza, bowiem do tej pory trwa spór, czy dinozaury były już stałocieplne. Ewolucyjnie starsze od nich płazy ani dzisiejsze gady stałocieplne nie są. Jeśli więc stałocieplność powstała, gdy zwierzęta wyszły na ląd, płazy i gady musiały tę cechę utracić. To kontrowersyjna hipoteza, ale dowody na jej poparcie naukowcy przedstawiają w „Biological Reviews”.
Co sprawia, że ssaki i ptaki są stałocieplne? Dwa różne mechanizmy
– Ssaki łożyskowe, w odpowiedzi na zimno, często podnoszą temperaturę ciała dzięki drżeniom mięśni. Podstawowym źródłem ciepła jest jednak u nich specjalny rodzaj tkanki tłuszczowej, nazywany brunatną tkanką tłuszczową – tłumaczy prof. Grigg.
Sęk w tym, że niektóre ssaki – stekowce oraz torbacze – takiej tkanki nie posiadają. Jak więc utrzymują stałą, wyższą od otoczenia temperaturę ciała? Ciepło najpewniej pochodzi u nich nie z brunatnej tkanki tłuszczowej, lecz z mięśni szkieletowych. To mechanizm, który wykorzystują ptaki, również takiej tkanki tłuszczowej pozbawione. Ciepło wytwarza u nich siateczka sarkoplazmatyczna (retikulum) komórek mięśniowych.
Jeśli tak jest, to może stałocieplność nie powstała w toku ewolucji oddzielnie u ptaków i ssaków – być może istniała także wcześniej. Czyżby dinozaury były jednak stałocieplne?
Ślady stałej temperatury ciała widać w budowie kości
By to zbadać, badacze przestudiowali wiele prac opisujących budowę dinozaurów. Jak tłumaczy prof. Grigg, ślady stałocieplności widać w budowie ciała i kości.
Szybki i długi wzrost młodego organizmu pochłania wiele energii. Zmiennocieplne zwierzęta rosną więc krócej, stałocieplne mogą rosnąć dłużej. Dodatkowo, stałocieplne zwierzęta nie muszą chronić się przed utratą ciepła. Ich organizmy mogą być większe i bardziej wydłużone. Mają też lepsze krążenie, więc ich kończyny mogą być dłuższe. O krążeniu świadczą też szersze tętnice zaopatrujące kończyny w krew. Dowodem na tempo wzrostu jest skład izotopowy kości. Pozostałe dowody widać w strukturze kości oraz kształcie szkieletu organizmu.
Liczne ślady, że dinozaury były stałocieplne
Idąc tym tropem i przeglądając prace opisujące budowę dinozaurów, badacze natrafili na ślady, które sugerują stałocieplność u różnych dinozaurów z grupy zauropsydów i u synapsydów. Z tych pierwszych wyewoluowały ptaki, z drugich ssaki.
– Te wczesne ślady stałocieplności są zgodne z hipotezą, że jest to bardzo stara ewolucyjnie cecha i starsza niż podział na te dwie grupy – mówi prof. Grigg. – Liczne dowody wskazują na to że u obydwu stałocieplność była szeroko rozpowszechniona.
– Nasze odkrycie stawia pytanie, czy brunatna tkanka tłuszczowa całkowicie zastąpiła stary mechanizm zapewniający stałocieplność. Być może nadal odgrywa on rolę u ssaków. W tym celu potrzebne będą dalsze badania. Przyczynią się też do lepszego wyjaśnienia mechanizmów termoregulacji u ludzi – dodaje prof. Grigg.
Być może ogrzewa nas nie tylko brunatna tkanka tłuszczowa, ale mechanizm, który ogrzewał dinozaury i grzeje dzisiejsze stekowce, torbacze i ptaki.
Dlaczego stałocieplność w ogóle powstała?
Po co w ogóle zwierzętom stałocieplność? Utrzymanie stałej temperatury ciała to cecha niebywale kosztowna. Ptaki i ssaki potrzebują dziesięciokrotnie więcej energii, a więc i pożywienia, niż zmiennocieplne płazy i gady.
Oczywistym powodem, jest to, że stała temperatura ciała pozwala opanować chłodniejsze nisze ekologiczne. Nie tylko zimniejsze strefy klimatyczne – stałocieplność mogła przydawać się też w nocy. O tym, że przodkowie ssaków byli zwierzętami nocnymi, świadczy też wiele innych poszlak. Są nimi brak widzenia barwnego, które w nocy się nie przydaje, czy brak kluczowego enzymu, który naprawia uszkodzenia DNA powstałe pod wpływem promieniowania ultrafioletowego, a także dodatkowej, chroniącej przed nim oko powieki.
Najciekawsza hipoteza mówi, że stała, wysoka temperatura ciała, pozwala lepiej walczyć z infekcjami. Zakażenia powodowane przez grzyby są plagą wśród ryb, płazów i gadów. U ssaków i ptaków występują dość rzadko. Głównym powodem jest to, że grzyby słabo rosną i mnożą się w temperaturze powyżej 35 stopni. Wysoka temperatura pomaga też walczyć z innymi infekcjami, powodowanymi przez wirusy i bakterie.
Źródła: Univeristy of Queensland; Biological Reviews; Journal of Infectious Diseases.