Колорадский монстр дышал мешками

В конце мелового периода по берегам аргентинской Рио-Колорадо бродил причудливый динозавр. У 10-метрового хищника были «пневматические» кости, а дышать лёгким помогали воздушные мешки, которые сейчас есть только у птиц.

Видимо, эксперименты со строением костей и дыхательной системой природа продолжала и на ветвях эволюции, параллельных птичьей.

Лёгкие и воздушные мешки аэростеона // Todd Marshall/Project Exploration

Окаменелыми костями динозавра в наше время уже никого не удивишь, а запасники и коллекции большинства музеев могут позволить проводить палеонтологические исследования, не выезжая из дому. Теперь ученые сосредоточились на анализе лишь самых уникальных образцов, а особый интерес представляют или гигантские хищники, всегда вызывающие неподдельный страх и влечение публики, или переходные и промежуточные формы, детальный анализ останков которых – лучший способ заработать уважение специалистов.

Пол Серено и его южно- и североамериканские коллеги решили убить двух зайцев, а динозавр, ставший объектом для их исследования, и вовсе скончался еще в позднем меловом периоде.

Описанный ими Aerosteon riocoloradensis, то есть аэростеон рио-колорадский, обладал воздушными мешками – уникальной особенностью, характерной в наше время только для птиц.

Благодаря кистеперым рыбам все наземные позвоночные обладают легкими – губчатой, насыщенной кровеносными сосудами тканью, основная роль которой – интенсивный обмен газов, в первую очередь кислорода и углекислого.

Естественно, потребности организма и интенсивность газообмена напрямую зависят от темпов обмена веществ, отсюда и строение этого самого легкого. Например, жабы и лягушки, лишь изредка решающиеся на короткие заплывы, довольствуются простым мешком с редкими перегородками, а площадь поверхности легкого у взрослого человека за счет альвеол в 35 раз превосходит площадь поверхности всего тела.

Во многом благодаря этим 70 квадратным метрам мы можем позволить себе марафонские дистанции и бурную мозговую деятельность.

Воздушные мешки

Это полости, соединённые с дыхательными путями или с пищеводом, способные наполняться воздухом, но не выполняющие функцию газообмена у большинства позвоночных животных. У бесхвостых земноводных это парные или непарные выросты в заднем отделе ротовой полости, называемые голосовыми мешками. У пресмыкающихся (некоторые черепахи, ящерицы) – слепые выросты лёгких.

У птиц 5 пар мешков: брюшные, отходящие от главных бронхов и расположенные между органами брюшной полости; остальные 4 пары – внелёгочные продолжения вторичных бронхов: шейные, лежащие вдоль пищевода; ключичные, часто сливающиеся в один межключичный; передние грудные – на брюшной стороне грудной клетки; задние грудные – на спинной её стороне.

Основная функция этих мешков у птиц – просасывание воздуха через лёгкие, особенно во время полёта, а также терморегуляция организма и изменение удельного веса птиц при плавании и нырянии. Многие кости скелета птиц (бедро, плечо, грудина и др.) имеют полости, заполненные выростами мешков. У птиц есть и мешки, не связанные с бронхами; выросты этих глоточно-носовых мешков у некоторых птиц проникают в кости черепа, под кожу и в передние конечности.

У млекопитающих тоже есть несколько видов воздушных мешков: 1) возникающие как парные выросты слизистой оболочки евстахиевых труб (у лошадей, ослов, зебр) и расположенные на шее, в области атланта; 2) парные и непарные образования, возникающие в гортани и служащие для усиления звука (голосовые мешки); 3) отходящий от заднего расширенного конца трахеи (у самцов полосатого тюленя) или от пищевода (у самцов моржей), служит для изменения удельного веса тела; 4) у кашалота открывающийся в дыхало слепой мешок объёмом до 1 м³, куда он набирает воздух перед нырянием.

Но птицам одних легких оказалось недостаточно, так что они обзавелись воздушными мешками – специальными емкостями, располагающимися за легкими и позволяющими дышать не только на вдохе, но и на выдохе.

И в отличие от всех остальных наземных животных сама легочная ткань птиц не «дышит» – в том смысле, что не расширяется и не сужается: разницу давлений, необходимую для заполнения и освобождения от воздуха, берут на себя воздушные мешки.

Они наполняются вместе с легкими во время вдоха, и когда птица выдыхает, из легких выходит «отработанный» воздух и заменяется «чистым» из мешков. Кроме того, последние оказываются весьма полезными для ныряния, а соответствующие полости рядом с органами позволяют избежать перегрева особо ретивым пернатым.

Десятиметровый хищник, останки которого обнаружены ещё в 1996 году на берегах аргентинской Рио-Колорадо, обладал похожим «снаряжением».

Возможно, именно экипировка позволила изолированной южноамериканской популяции дожить до позднего мела, в то время как его ближайший родственник аллозавр в отделённой тогда океаном Северной Америке пострадал под натиском тираннозавра.

Описанный в PLos ONE аэростеон не пострадал и от ученых: для того чтобы найти воздушные мешки, им даже не пришлось пилить кости, работу за них сделал компьютерный томограф.

Как и у птиц, скелет аэростеона под стать названию оказался «пневматизированным». По мнению Серено, полости, содержащиеся в костях, подтверждают существование воздушных мешков. И хотя никакими ключевыми особенностями птичьего скелета наподобие киля или особой грудной клетки аэростеон не обладал, у него была «вилочка», которую так любят разламывать любители загадать желание, а его легкие работали в точности как у птиц.

Трудно себе представить, что этот хищник размерами больше слона обладал очень легкими и воздушными костями.

Птицы как класс возникли раньше, чем этот экземпляр почил на берегах Рио-Колорадо, однако ученые уверены, что их находка подтверждает длительную предварительную подготовку эволюции к полёту.

Кроме того, эти вытянутые полости внутри тела кроме дыхания были весьма эффективны в перераспределении массы тела у двуногих бегунов и в отведении тепла от мощных мышц.

И, хотя о тонкой структуре строения по останкам возрастом 85 миллионов лет судить трудно, Серено обнаружил у своего подопечного мешки еще и под кожей, так что жертва могла смело сдаваться уже при одном только виде вздутого и даже немного пульсирующего грозного хищника.

Источник: gazeta.ru