Dinosauři byli poloteplokrevní | Věda a život

Z hlediska rychlosti metabolismu zaujímali druhohorní ještěři mezipolohu mezi chladnokrevnými a teplokrevnými, díky čemuž byli schopni na nějakou dobu „ovládnout Zemi“.

Ze školy si pamatujeme, že zvířata se dělí na chladnokrevná neboli ektotermní a teplokrevná neboli endotermní. U studenokrevných živočichů závisí tělesná teplota na teplotě prostředí, mezi které patří ryby, plazi a obojživelníci. Rychlost metabolismu studenokrevných zvířat je nízká. Teplokrevní živočichové si naopak dokážou díky aktivnějšímu metabolismu udržet stálou tělesnou teplotu bez ohledu na to, zda je prostředí teplé nebo studené; Mezi teplokrevné živočichy patří ptáci a zvířata.

Mezotermická povaha dinosaurů může alespoň částečně vysvětlit jejich evoluční úspěch. (Foto: Ron Watts/Corbis.)

Ektotermní, mezotermní a endotermní živočichové s relativní velikostí a rychlostí růstu. (Ilustrace John M. Grady/University of New Mexico.)

Dinosauři jsou plazi, takže by dávalo smysl, kdyby byli také chladnokrevní. O chladnokrevné povaze dinosaurů dlouho nikdo nepochyboval. Nejbližšími příbuznými bývalých dinosaurů jsou však dnes ptáci, jejichž rychlost metabolismu je extrémně vysoká. A postupem času se výzkumníci stále více začali zajímat o to, jak došlo k tak prudkému skoku od chladnokrevných dinosaurů k teplokrevným ptákům a zda vyhynulí ještěři byli částečně teplokrevní.

Abychom našli odpověď, musíme odhadnout rychlost metabolismu dinosaurů, ale jak to můžeme udělat pouze s prastarými kostmi? Ve skutečnosti lze rychlost metabolismu posuzovat podle rychlosti růstu zvířete a rychlost růstu lze hodnotit podle struktury kostí. Podobná metoda se používá v botanice, kdy se podle letokruhů na řezu kmene určuje, zda byl konkrétní rok pro strom dobrý nebo špatný: je-li prstenec široký, znamená to, že podmínky byly příznivé a strom rychle rostla. V podstatě stejným způsobem můžete vyhodnotit vrstvy kostní tkáně a pak rychlý nebo pomalý růst kostí bude indikovat rychlý nebo pomalý metabolismus. Pomocí této metody je možné poměrně spolehlivě předpovědět rychlost metabolismu moderních zvířat: například rychlost metabolismu zvířat je 10krát vyšší než u plazů a savci rostou 10krát rychleji než ještěrky, hadi atd.

Takovou analýzu, pouze pro dinosaury, provedl John Grady (John M. Grady) a jeho kolegů z University of New Mexico publikovali vědci výsledky své práce v Věda. Posuzovali nejen růst kostí, ale také jej porovnávali s celkovou velikostí těla zvířete od narození do dospělosti. A tak, když byly údaje o dinosaurech porovnány s údaji o žijících teplokrevných a chladnokrevných zvířatech, ukázalo se, že vyhynulí dinosauři zaujímají určitou střední pozici, nejsou ani skutečně teplokrevní, ani skutečně studenokrevní.

Taková zvířata se nazývají mezotermní a mezi moderní druhy patří například velký bílý žralok, tuňák, želva kožená a echidna. Stejně jako savci a ptáci mohou mezotermní živočichové vytvářet své vlastní teplo, ale nedokážou udržet stálou tělesnou teplotu, díky čemuž jsou podobní moderním plazům. Například u tuňáka se tělesná teplota znatelně sníží, když se dostane hlouběji, ale stále bude vyšší než teplota vody kolem něj.

Výskyt mezotermie může ovlivnit velikost těla: velká zvířata si snáze udržují teplo, a proto si například velká želva kožená může dovolit být mezotermická, zatímco menší želva zelená je běžný studenokrevný plaz. Závislost zde však není stoprocentní: žralok mako je mezotermická ryba a žralok velrybí i přes svou obrovskou velikost zůstává chladnokrevný.

K udržení tělesné teploty mají teplokrevní živočichové soubor fyziologických mechanismů, které se zapnou, když teplota prostředí klesne, od třesu až po spalování tukových zásob. Mezotermálky takové triky nemají, jsou tedy více závislé na vnější teplotě. Na druhou stranu mezi chladnokrevníky existují tzv. gigantotermní živočichové, kteří díky své velikosti dokážou akumulovat teplo – stejně jako krokodýli vyhřívající se na slunci. Zahřívají se a ochlazují pomaleji, přesto zde hraje rozhodující roli prostředí. Mezotermní živočichové, na rozdíl od gigantotermních živočichů, mají stále své vlastní zdroje k udržení tělesné teploty v určitých mezích.

Vrátíme-li se zpět k dinosaurům, mezotermie jim umožnila pohybovat se, růst a rozmnožovat se rychleji než normální chladnokrevní plazi. To by mimochodem mohlo být jedním z důvodů neuvěřitelných evolučních úspěchů dinosaurů během druhohor. Na druhou stranu jejich rychlost metabolismu byla stále nižší, než kdyby byli teplokrevní, což mnohým z nich umožnilo dosáhnout gigantických velikostí. To znamená, že pokud by byl například tyranosaurus teplokrevný, jednoduše by si nebyl schopen zajistit potřebné množství energie a zůstal by predátorem.

Autoři práce zároveň zdůrazňují, že dinosauři jsou velmi různorodá skupina a s největší pravděpodobností ne všichni byli mezotermní. Další potíž spočívá v tom, že u některých vyhynulých druhů je těžké říci, zda šlo o mezotermické nebo prostě málo aktivní teplokrevníky. Například Archeopteryx, jeden z nejznámějších kandidátů na předka ptáků, dosáhl dospělosti za dva roky, zatímco podobně velcí jestřábi dospívají v dospělé ptáky za šest týdnů. Archaeopteryx pravděpodobně nebyl tak teplokrevný jako jeho potomci. Obecně zůstává původ teplokrevnosti u ptáků a zvířat stále jednou z největších evolučních záhad a autoři práce doufají, že se jejich výsledky podaří tuto záhadu alespoň trochu objasnit.

Autor: Kirill Staševič

• Tajemství dinosaurů
• SAVCI JEDLI DINOSAURY
• Proč 36,6?

Když se mluví o zvířatech, často slyšíme o teplokrevných nebo chladnokrevných zvířatech v závislosti na plemeni. Každý začátečník věří, že tento rozdíl je způsoben tím, že teplota krve je tak či onak. Není to pravda a ve skutečnosti je rozdíl mezi chladnokrevnými a teplokrevnými živočichy složitější, než se na první pohled zdá. Mnoho živočišných druhů nemá krev, jako jsou medúzy a mořské houby. Ve skutečnosti je to všechno o změnách tělesné teploty.

Předpojaté představy o teplotě krve zvířat

Když mluvíme o teplotě tzv. studenokrevného nebo teplokrevného živočicha, hned nás napadne teplota krve. Tento termín je nesprávný, protože mnoho druhů zvířat nemá v těle krev, přesto jsou živé a jsou součástí živočišné říše. Ve skutečnosti jde o změnu tělesné teploty druhu. U některých tzv. studenokrevných živočichů může vnitřní teplota snadno dosáhnout 45°. Teplokrevní živočichové naopak mohou snížit svou teplotu pod 30 °C nebo i více. Druhy, jejichž teplota může být proměnná nebo pevná, jsou homeotermní živočichové, zatímco ostatní jsou ektotermní.

Ektotermní nebo poikilotermní živočichové

Takzvaní studenokrevní živočichové jsou vlastně ektotermy, nazývané také poikilotermy. Ve skutečnosti mají tato zvířata nestabilní vnitřní teplotu. Své vnitřní teplo si neprodukují, ale regulují v závislosti na prostředí, ve kterém žijí. Například když padne noc, jejich teplota klesá a během dne, zvláště pokud je slunečno, jejich teplota stoupá. Některá z těchto zvířat mohou žít pouze v teplých podmínkách, protože při poklesu atmosférické teploty zemřou. To platí pro mnoho hmyzu, jako jsou vážky.

Různé strategie používané ektotermními zvířaty ke zvýšení jejich teploty

Ke zvýšení teploty používají studenokrevní ektotermní živočichové několik metod ke zvýšení tělesné teploty. V podstatě mění prostředí. Někteří se tedy budou vyhřívat na slunci, jako ještěrky nebo hadi. Jiní cestují tisíce kilometrů, aby si zaplavali v teplejších vodách nebo se věnovali fyzické aktivitě. Pro některé jsou tyto změny docela choulostivé. Ovoviviparní živočichy, kteří si ukládají vajíčka v těle, jako jsou hadí samice, je potřeba udržovat v teple, ale ne příliš chladit, aby v tomto období života příliš nekolísala jejich tělesná teplota.

Teplokrevní homeotermní živočichové

Teplokrevní homeotermní živočichové jsou druhy, jejichž vnitřní teplota se může měnit. Mají schopnost termogeneze, tedy schopnost vytvářet teplo. Bez ohledu na to, jak je venku horko, jejich vnitřní teplota zůstává víceméně stejná. Tito teplokrevní, přesněji řečeno homeotermní živočichové vynakládají mnoho energie na regulaci své vnitřní teploty a krmí se mnohem častěji než ektotermní živočichové. Do této kategorie spadají lidé. Naše teplota se drží kolem 37° ve dne i v noci, bez ohledu na roční období a povětrnostní podmínky. Teplota jádra se může zvýšit, pokud máte nemoc. V tomto případě, když teplota stoupá, nazývá se to horečka. Toto zvýšení je varování a horečka pomáhá v boji s nemocí. Homeotermní zvířata zahrnují ptáky a savce.

Mezi tzv. teplokrevnými teplokrevnými živočichy existuje výjimka. Jedná se o heterotermní živočichy, kteří mají schopnost hibernace, jako jsou medvědi. V zimě, když je chladno, se jim daří snižovat tělesnou teplotu, aby spaním v nejchladnějším období roku vydaly minimum energie. Tato schopnost jim v tomto období pomáhá odolávat hladu. Někteří ptáci jsou také homeotermičtí, například voskovka, když se již nemohou sami živit. Na celou noc v zimě je schopná upadnout do letargie, aby si šetřila energii.

Původ teplokrevných homeotermických zvířat

Od počátku 1990. let 2017. století je známo, že mnoho dinosaurů a ptáků bylo a zůstává homeotermických. V roce 90 vědci provedli izotopové analýzy 252 fosilií. Tato analýza ukázala, že homeotermie se objevila v pozdním permu, před 259-22 miliony let. Díky této homeotermii byli schopni přežít událost permsko-triasového vymírání před XNUMX miliony let.

Některé funkce

Některá zvířata nespadají do žádné z výše uvedených kategorií. Využívají pouze částečnou termoregulaci, jako jsou žraloci, tuňáci nebo mečouni, kteří dokážou regulovat teplotu jejich mozku, srdce a očí při lovu ve velmi studených vodách.

Jiná zvířata využívají ke společnému zahřátí kolektivní termoregulaci, například včely, které kmitáním křídel zahřívají svůj úl v zimě nebo ho v létě chladí.

Zvířata používají jiné strategie k zahřátí nebo ochlazení svých vnitřních teplot, ať už jde o homeothermy nebo ektotermy. Například hadi, ještěrky a další plazi se vystavují slunci, aby zvýšili svou vnitřní teplotu, která může snadno dosáhnout 45°. Jiní používají tlusté vrstvy tuku, jako jsou mroži, nebo velmi silné peří, jako tučňáci, a také se shromažďují ve skupinách jako tučňáci císařští.

Aby ektotermní zvíře uchovalo teplo, stále bere v úvahu svou velikost, protože čím je menší, tím větší plochu těla musí vystavit. Totéž platí pro ty, kteří jsou nuceni snižovat teplotu tím, že se schovávají ve stínu, jako nějaký hmyz v poušti.

Tyto rozdíly mezi ektotermními a homeotermními zvířaty mají jedno společné: udržování teploty dostatečné k přežití v prostředí přizpůsobeném každému druhu.