We've all heard about how the dinosaurs died.
The story I'm going to tell you
happened over 200 million years before the dinosaurs went extinct.
This story starts at the very beginning,
when dinosaurs were just getting their start.
One of the biggest mysteries in evolutionary biology
is why dinosaurs were so successful.
What led to their global dominance for so many years?
When people think about why dinosaurs were so amazing,
they usually think about the biggest or the smallest dinosaur,
or who was the fastest,
or who had the most feathers,
the most ridiculous armor, spikes or teeth.
But perhaps the answer had to do with their internal anatomy --
a secret weapon, so to speak.
My colleagues and I, we think it was their lungs.
I am both a paleontologist and a comparative anatomist,
and I am interested in understanding
how the specialized dinosaur lung helped them take over the planet.
So we are going to jump back over 200 million years
to the Triassic period.
The environment was extremely harsh,
there were no flowering plants,
so this means that there was no grass.
So imagine a landscape filled with all pine trees and ferns.
At the same time, there were small lizards,
mammals, insects,
and there were also carnivorous and herbivorous reptiles --
all competing for the same resources.
Critical to this story
is that oxygen levels have been estimated to have been as low as 15 percent,
compared to today's 21 percent.
So it would have been crucial for dinosaurs to be able to breathe
in this low-oxygen environment,
not only to survive
but to thrive and to diversify.
So, how do we know what dinosaur lungs were even like,
since all that remains of a dinosaur generally is its fossilized skeleton?
The method that we use is called "extant phylogenetic bracketing."
This is a fancy way of saying that we study the anatomy --
specifically in this case, the lungs and skeleton --
of the living descendants of dinosaurs on the evolutionary tree.
So we would look at the anatomy of birds,
who are the direct descendants of dinosaurs,
and we'd look at the anatomy of crocodilians,
who are their closest living relatives,
and then we would look at the anatomy of lizards and turtles,
who we can think of like their cousins.
And then we apply these anatomical data to the fossil record,
and then we can use that to reconstruct the lungs of dinosaurs.
And in this specific instance,
the skeleton of dinosaurs most closely resembles that of modern birds.
So, because dinosaurs were competing with early mammals during this time period,
it's important to understand the basic blueprint of the mammalian lung.
Also, to reintroduce you to lungs in general,
we will use my dog Mila of Troy,
the face that launched a thousand treats,
as our model.
(Laughter)
This story takes place inside of a chest cavity.
So I want you to visualize the ribcage of a dog.
Think about how the spinal vertebral column
is completely horizontal to the ground.
This is how the spinal vertebral column is going to be
in all of the animals that we'll be talking about,
whether they walked on two legs
or four legs.
Now I want you to climb inside of the imaginary ribcage and look up.
This is our thoracic ceiling.
This is where the top surface of the lungs comes into direct contact
with the ribs and vertebrae.
This interface is where our story takes place.
Now I want you to visualize the lungs of a dog.
On the outside, it's like a giant inflatable bag
where all parts of the bag expand during inhalation
and contract during exhalation.
Inside of the bag, there's a series of branching tubes,
and these tubes are called the bronchial tree.
These tubes deliver the inhaled oxygen to, ultimately, the alveolus.
They cross over a thin membrane into the bloodstream by diffusion.
Now, this part is critical.
The entire mammalian lung is mobile.
That means it's moving during the entire respiratory process,
so that thin membrane, the blood-gas barrier,
cannot be too thin or it will break.
Now, remember the blood-gas barrier, because we will be returning to this.
So, you're still with me?
Because we're going to start birds and it gets crazy,
so hold on to your butts.
(Laughter)
The bird is completely different from the mammal.
And we are going to be using birds as our model
to reconstruct the lungs of dinosaurs.
So in the bird,
air passes through the lung, but the lung does not expand or contract.
The lung is immobilized,
it has the texture of a dense sponge
and it's inflexible and locked into place on the top and sides by the ribcage
and on the bottom by a horizontal membrane.
It is then unidirectionally ventilated
by a series of flexible, bag-like structures
that branch off of the bronchial tree,
beyond the lung itself,
and these are called air sacs.
Now, this entire extremely delicate setup is locked into place
by a series of forked ribs
all along the thoracic ceiling.
Also, in many species of birds,
extensions arise from the lung
and the air sacs,
they invade the skeletal tissues --
usually the vertebrae, sometimes the ribs --
and they lock the respiratory system into place.
And this is called "vertebral pneumaticity."
The forked ribs and the vertebral pneumaticity
are two clues that we can hunt for in the fossil record,
because these two skeletal traits
would indicate that regions of the respiratory system of dinosaurs
are immobilized.
This anchoring of the respiratory system
facilitated the evolution of the thinning of the blood-gas barrier,
that thin membrane over which oxygen was diffusing into the bloodstream.
The immobility permits this because a thin barrier is a weak barrier,
and the weak barrier would rupture if it was actively being ventilated
like a mammalian lung.
So why do we care about this?
Why does this even matter?
Oxygen more easily diffuses across a thin membrane,
and a thin membrane is one way of enhancing respiration
under low-oxygen conditions --
low-oxygen conditions like that of the Triassic period.
So, if dinosaurs did indeed have this type of lung,
they'd be better equipped to breathe than all other animals,
including mammals.
So do you remember the extant phylogenetic bracket method
where we take the anatomy of modern animals,
and we apply that to the fossil record?
So, clue number one was the forked ribs of modern birds.
Well, we find that in pretty much the majority of dinosaurs.
So that means that the top surface of the lungs of dinosaurs
would be locked into place,
just like modern birds.
Clue number two is vertebral pneumaticity.
We find this in sauropod dinosaurs and theropod dinosaurs,
which is the group that contains predatory dinosaurs
and gave rise to modern birds.
And while we don't find evidence of fossilized lung tissue in dinosaurs,
vertebral pneumaticity gives us evidence of what the lung was doing
during the life of these animals.
Lung tissue or air sac tissue was invading the vertebrae,
hollowing them out just like a modern bird,
and locking regions of the respiratory system into place,
immobilizing them.
The forked ribs
and the vertebral pneumaticity together
were creating an immobilized, rigid framework
that locked the respiratory system into place
that permitted the evolution of that superthin, superdelicate blood-gas barrier
that we see today in modern birds.
Evidence of this straightjacketed lung in dinosaurs
means that they had the capability to evolve a lung
that would have been able to breathe
under the hypoxic, or low-oxygen, atmosphere of the Triassic period.
This rigid skeletal setup in dinosaurs would have given them
a significant adaptive advantage over other animals, particularly mammals,
whose flexible lung couldn't have adapted
to the hypoxic, or low-oxygen, atmosphere of the Triassic.
This anatomy may have been the secret weapon of dinosaurs
that gave them that advantage over other animals.
And this gives us an excellent launchpad
to start testing the hypotheses of dinosaurian diversification.
This is the story of the dinosaurs' beginning,
and it's just the beginning of the story of our research into this subject.
Thank you.
(Applause)
لقد سمِع جميعُنا كيف انقرضت الديناصورات.
القصة التي أنا بِصدد روايتها
حدثت منذُ أكثر من 200 مليون سنة قبل انقراض الديناصورات.
بدأت هذه القصة منذُ اللحظة الأولى،
في مقتبل عمر الديناصورات.
أحد أعضم الألغاز في علم الأحياء التطوري
هو السؤال حول سبب نجاح الديناصورت المبهر.
ما الذي أدى إلى هيمنتها العالمية لسنوات عديدة؟
عندما يفكر الناس في السبب وراء كون الديناصورات مدهشة،
فعادةً ما يفكرون بأضخم أو أصغر ديناصور،
أو من منها كان الأسرع،
أو من كان مكسوًا بريش أكثر،
أو من كان لديه درع أو كعب أو أسنان مضحكة.
لكن ربما كان الجواب يتمحور حول تركيبتها البنيوية الداخلية،
(سلاح خفي) إن جاز التعبير.
أما أنا وزملائي فنعتقد أن ما أدى لنجاحها المبهر هو رئتاها.
أنا عالمة حفريات وخبيرة تشريح مقارن،
ومهتمة بفهم
كيف ساعدت رئتا الديناصورات المتخصصة في الاستحواذ على الكوكب.
لذا فإننا سننتقل عائدين لمدة 200 مليون سنة
لفترة عصر الترياسي.
كانت البيئة حينها جافة جدًا،
ولم تكن حينئذ أية نباتات مزهرة،
وهذا يعني أنه لم يكن هناك عشب البتة.
لذا تصوروا منظرًا طبيعيًا مملوءًا بأشجار الصنوبر والسراخس.
وفي ذات الوقت، كانت هنالك السحالي الصغيرة
والثدييات والحشرات،
كما تسودها زواحف آكلة للحوم وزواحف آكلة للأعشاب،
تتنافس كلاها على ذات المصدر.
الأمر المهم في هذه القصة
هو أن مستويات الأكسجين قُدرت بنسبة ضئيلة لا تتجاوز 15%،
مقارنة بنسبة 21% في يومنا الحاضر.
لذا كان يتحتم على الديناصورات أن تكون قادرة على التنفس
في بيئة منخفضة الأكسجين،
ليس لتبقى على قيد الحياة فحسب،
بل لتنمو وتتنوع.
لذا كيف لنا معرفة كيف كانت أشكال رئتي الديناصورات،
بما أن جميع بقاياها عمومًا ليست إلا هياكل عظمية متحجرة؟
تدعى الطريقة التي نستخدمها بـ(تطور السلالات القوسي)
هذه طريقة وهمية للقول أننا ندرس علم التشريح،
خاصة في هذه الحالة، لدراسة الرئتين والهيكل العظمي
لأحفاد الديناصورات الحية على الشجرة التطورية.
لذا فنحن ننظر إلى تشريح الطيور،
الذين هم أحفاد الديناصورات المباشرة،
وفي تشريح التماسيح،
الذين هم أقرب أقربائهم الأحياء،
ومن ثم إلى تشريح السحالي والسلاحف،
ولنقل أنهم أبناء عمومتهم.
ثم نترجم تلك البيانات الترشيحية في السجل الأحفوري،
حتى يتسنى لنا بعدئذ إعادة بناء رئتي الديناصورات.
وفي هذه الحالة بالذات،
فإن هيكل الديناصورات يشبه إلى حد كبير هيكل الطيور الحديثة.
لذا، نظرًا لأن الديناصورات كانت تتنافس مع الثدييات خلال هذه الفترة،
فمن المهم فهم المخطط الأساسي لرئة الثدييات.
ولإعادة تقديمكم إلى الرئتين بشكل عام،
سوف نستخدم كلبتي Mila of Troy،
أجمل كلبة في العالم،
كعارضة.
(ضحك)
تدور أحداث هذه القصة داخل التجويف الصدري.
لذلك أريدكم أن تتخيلوا القفص الصدري للكلب.
تخيلوا كيف أن أشواك العمود الفقري
لها اتجاه موازٍ لسطح الأرض.
هكذا سيكون العمود الفقري
في جميع الحيوانات التي سنتطرق لها،
سواء كانت ذات قدمين
أو أربعة أقدام.
الآن أريدكم أن تصعدوا إلى داخل القفص الخيالي وأن تنظروا إلى الأعلى.
هذا هو السقف الصدري.
هذا هو المكان الذي يتلامس فيه السطح العلوي للرئتين مباشرة
مع الضلوع والفقرات.
هذه هي الواجهة التي تتمحور حولها حبكة قصتنا.
الآن أريدكم أن تتخيلوا رئتي الكلب.
من الخارج، تشبه كيسًا كبيرًا قابلًا للنفخ
حيث تتوسع جميع أجزاء الكيس أثناء الاستنشاق
وتتقلص أثناء الزفير.
أما داخل الكيس، هناك سلسلة من الأنابيب المتفرعة،
وتسمى هذه الأنابيب بالشعب القصبية.
تنقل هذه الشعب الأكسجين المُستنشَق إلى الحجيرات الهوائية.
ثم يعبر الهواء إلى غشاء رقيق حتى يمر إلى مجرى الدم عن طريق الانتشار.
الآن، هذا الجزء مهم.
هو أن رئة الثدييات بأكملها هي المُتنّقلة.
هذا يعني أنها تتحرك خلال العملية التنفسية بأكملها،
بحيث لا يمكن أن يكون الغشاء الرقيق، حاجز غازات الدم،
رقيقًا للغاية وإلا سيتمزق.
تذكروا حاجز غازات الدم، سنعود للحديث عنه.
هل ما زلتم معي؟
لأننا سنبدأ برئتي الطيور وستصبح الأمور جنونية أكثر،
استعدوا للصدمة.
(ضحك)
رئتا الطيور مختلفة تمامًا عن رئتي الثدييات.
وسوف نستعين بالطيور كنموذج
لإعادة بناء رئتي الديناصورات.
إذن بالنسبة للطيور،
يمر الهواء عبر الرئة، لكن دون أن تتوسع أو تنكمش.
لا تستطيع رئة الطائر الحركة،
وهي تتميز بنسيج من الإسفنج الكثيف
وليست بمرنة، كما أنها مثبتة في الأعلى وعلى الجانبين بفضل القفص الصدري
وأسفل الغشاء الأفقي.
ومن ثم تتم تهويتها بشكل أحادي الاتجاه
من خلال سلسلة من الهياكل المرنة التي تشبه الأكياس
والتي تتشعب من الشعب القصبية،
وراء الرئة ذاتها،
وتسمى هذه بالأكياس الهوائية.
الآن، يتم حبس هذه التركيبة الدقيقة للغاية في مكانها
من خلال سلسلة من الأضلاع المتشعبة
على طول السقف الصدري.
كما أنه في العديد من أنواع الطيور،
تنشأ الامتدادات من الرئة
والأكياس الهوائية،
فهي تجتاح الأنسجة العظمية...
وعادةً ما تستهدف الفقرات وأحيانا الأضلاع،
كما وتغلق الجهاز التنفسي في مكانه.
وهذا ما يسمى بـ(الهوائية الفقرية).
الأضلاع المتشعبة والهوائية الفقرية
هما دليلان يمكننا التقصي عنهما في السجل الأحفوري،
لأن هاتين السمتين الهيكليتين
ستشيران إلى أن مناطق الجهاز التنفسي لدى الديناصورات
قد جمدت.
سهّلت عملية تثبيت الجهاز التنفسي هذه
تطور تقليص سمك طبقة حاجز الدم الغازي،
ذلك الغشاء الرقيق الذي ينتشر منه الأكسجين إلى مجرى الدم.
يسمح عامل التوَقُّف بذلك لأن الحاجز الرقيق رخو؛
ولأنه رخو سيتمزق إذا ما كانت تتم تهويته بنشاط
مثل رئة الثدييات.
إذًا لماذا نأبه لهذا الأمر؟
لمَ هذه الأمر يشغلُنا حتى؟
ينتشر الأكسجين بسهولة عبر غشاء رقيق،
وهذا الغشاء هو إحدى الطرق لتعزيز التنفس
في ظل ظروف انخفاض الأكسجين،
حالات انخفاض الأكسجين مثل تلك الحالات في فترة العصر الترياسي.
لذا، إذا كانت الديناصورات تمتلك بالفعل رئة من هذا النوع،
فستكون على أفضل استعداد للتنفس من غيرها من الحيوانات،
بما في ذلك الثدييات.
هل تتذكرون طريقة (تطور السلالات القوسي)
حيث نأخذ تشريح الحيوانات الحديثة،
ومن ثم نترجمها في السجل الأحفوري؟
كانت الفكرة الأولى: الأضلاع المتشعبة من الطيور الحديثة.
حسنًا إننا نجد هذا عند أغلب الديناصورات.
وهذا يعني أن السطح العلوي لرئتي الديناصورات
سيثبت في مكانه،
تمامًا مثل الطيور الحديثة.
الدليل الثاني هو الهوائية الفقرية.
نجدها في ديناصورات الصوروبودا والثيروبودا،
وهي المجموعة التي تحتوي على الديناصورات المفترسة
والتي أدت إلى الطيور الحديثة.
وبينما لا نجد دليلًا على أنسجة الرئة المتحجرة في الديناصورات،
فإن الهوائية الفقرية تعطينا دليلًا على مهام الرئة
خلال حياة هذه الحيوانات.
كانت أنسجة الرئة أو أنسجة الكيس الهوائي تغزو الفقرات،
وتفرغها تمامًا مثل الطيور الحديثة،
كما وتثبت مناطق الجهاز التنفسي في مكانها،
وتجمدها.
كانت الأضلاع المتشعبة
والهوائية الفقرية تخلقان معًا
إطارًا جامدًا وصلبًا
يعمل على تثبيت الجهاز التنفسي في مكانه،
مما سمح بتطور ذلك الحاجز الرقيق والرخو الحامل لغازات الدم
الذي نراه اليوم في الطيور الحديثة.
تعني الأدلة على هذه الرئة المقيدة في الديناصورات
أنه كان لدى الديناصورات القدرة على تطوير رئة
تسطيع من خلالها التنفس
تحت جو منخفض التأكسج، أو منخفض الأكسجين، في فترة العصر الترياسي.
إن هذا الهيكل العظمي الصلب في الديناصورات كان من شأنه أن يمنحهم
ميزة تكيفية كبيرة تفوق الحيوانات الأخرى، وخاصة الثدييات،
التي لم تكن رئتها المرنة لتتكيف
مع جو العصر الترياسي ناقص التأكسج، أو منخفض الأكسجين.
قد يكون هذا التركيب البنيوي هو السلاح السري للديناصورات
الذي أعطاهم هذه الميزة مقارنة بالحيوانات الأخرى.
وهذا يعطينا منصة انطلاق ممتازة
للبدء في اختبار فرضيات تنويع الديناصورات.
هذه هي قصة بداية الديناصورات،
وهي مجرد بداية لقصة بحثنا في هذا الموضوع.
شكرًا لكم.
(تصفيق)
هه‌موومان گوێبیستی چۆنیه‌تی مردنی دایناسۆره‌كان بووین.
ئه‌و چیڕۆكه‌ی كه‌ بۆتانی باس ده‌كه‌م
٢٠٠ ملیۆن ساڵ به‌ر له‌ له‌ناوچوونی دایناسۆره‌كان ڕوویداوه‌.
ئه‌م چیڕۆكه‌ هه‌ر له‌ سه‌ره‌تاوه‌ ده‌ست پێده‌كات،
كه‌ دایناسۆره‌كان تازه‌ ده‌ستیان پێده‌كرد.
یه‌ك له‌ گه‌وره‌ترین مه‌ته‌ڵه‌كان له‌ زانستی زینده‌زانی گه‌شه‌داری
ئه‌وه‌یه‌ بۆچی دایناسۆره‌كان زۆر سه‌ركه‌وتوو بوون.
چی بووه‌ هۆی ئه‌و ده‌سه‌ڵاته‌ جیهانییه‌یان بۆ ماوه‌ی ساڵانێكی زۆر؟
كاتێك خه‌ڵك بیر له‌وه‌ ده‌كه‌نه‌وه‌ بۆچی دایناسۆره‌كان زۆر سه‌رنجڕاكێش بوون،
ڕاستیه‌كه‌ی ئه‌وان بیر له‌ گه‌وره‌ترین یاخود بچووكترین دایناسۆر ده‌كه‌نه‌وه‌،
یاخود كامه‌یان خێراترین بووه‌،
یان كامه‌یان زۆرترین په‌ڕ،
پێكه‌نیناویترین قه‌ڵغان، قه‌ڵبه‌ یان ددانی هه‌بووه‌،
ڕه‌نگه‌ وه‌ڵامه‌كه‌ په‌یوه‌ندی به‌ توێكاری ناوه‌وه‌یان هه‌بووبێت--
ده‌توانین بڵێین، چه‌كێكی نهێنی،
من و هاوكاره‌كانم، بڕوامان وایه‌ سییه‌كانیان بوو.
من له‌ هه‌مانكاتدا زه‌ه‌مینناس و توێكاریزانی به‌راوردكارم،
حه‌زم به‌ تێگه‌یشتنی
چۆن تایبه‌تمه‌ندی سی دایناسۆره‌كان یارمه‌- تیده‌ر بوو بۆ زاڵبوون به‌سه‌ر هه‌ساره‌كه‌.
بۆیه‌ بۆ ٢٠٠ ملیۆن ساڵ به‌ر له‌ ئێستا ده‌گه‌رێینه‌وه‌
بۆ چاخی تریاسی.
ژینگه‌ له‌ڕاده‌به‌ده‌ر زبر بوو،
هیچ ڕووه‌كێكی پێگه‌یشتوو نه‌بوو،
به‌مانای هیچ گیایه‌ك نه‌بوو.
دیمه‌نێكی سروشتی بێننه‌به‌رچاوتان پڕه‌ له‌ داری سنه‌وبه‌ر و سه‌رخه‌سه‌كان.
له‌هه‌مان كاتدا، مارمێلكه‌ی بچووك،
مه‌مكداره‌كان، مێرووه‌كان،
و خشۆكه‌ گۆشتخۆر و گیاخۆره‌كانیشی لێبوو--
هه‌موویان بۆ هه‌مان سه‌رچاوه‌ پێشبڕكێیان ده‌كرد.
گرنگی ئه‌م چیڕۆكه‌ ئه‌وه‌یه‌
مه‌زنده‌كراوه‌ ئاستی ئۆكسجین زۆر نزم بووه‌ به‌ڕاده‌یه‌ك گه‌یشتۆته‌ %١٥،
به‌به‌راورد له‌گه‌ڵ ئاستی ئێستایدا كه‌ %٢١.
بۆیه‌ زۆر گرنگ بووه‌ بۆ دایناسۆره‌كان بتوانن هه‌ناسه‌بده‌ن
له‌م ژینگه‌ ئۆكسجین نزمه‌،
نه‌ك ته‌نیا بۆ مانه‌وه‌
به‌ڵكو بۆ گه‌شانه‌وه‌ و هه‌مه‌جۆریكردن.
بۆیه‌، چۆن ته‌نانه‌ت بزانین سی دایناسۆره‌كان وه‌كو چی بووه‌،
له‌كاتێكا ئه‌وه‌ی كه‌ له‌ دایناسۆر بۆمان جێماوه‌ په‌یكه‌ره‌ به‌به‌ردبووه‌كه‌یه‌تی؟
ئه‌و ڕێگه‌یه‌ی به‌كاریدێنین پێی ده‌گوترێت، "كه‌وانه‌ی گه‌شه‌ی جینی ماوه‌."
ئه‌مه‌ ڕێگه‌یه‌كی نه‌خشاوه‌ ده‌ ده‌ڵێین توێژینه‌وه‌ له‌ توێكاریی--
به‌دیاریكراوی له‌م كه‌یسه‌، سییه‌كان و په‌یكه‌ر ده‌كه‌ین--
له‌و وه‌چه‌ زیندووانه‌ی دایناسۆره‌كان له‌سه‌ر داری گه‌شه‌داری.
بۆیه‌ سه‌نجی توێكاری باڵنده‌كان ده‌ده‌ین،
كه‌ وه‌چه‌ی راسته‌وخۆی دایناسۆره‌كانن،
و سه‌رنجی توێكاری تیمساحه‌كان ده‌ده‌ین،
كه‌ نزیكترین ناسیاوه‌ زیندووه‌كانیانن،
دواتر سه‌رنجی توێكاری مارمیلكه‌ و كیسه‌له‌كان ده‌ده‌ین،
كه‌ وای داده‌نێین وه‌كو ئامۆزاكانیان بن.
پاشان ئه‌و داتا توێكارییانه‌ بۆ تۆماری به‌ردبووه‌كان جێبه‌جێ ده‌كه‌ین،
دواتر ده‌توانین ئه‌مه‌ بۆ دووباره‌ بنیات نانه‌وه‌ی سیی دایناسۆره‌كان به‌كاربێنین.
له‌م نموونه‌ دیاریكراوه‌،
په‌یكه‌ری دایناسۆره‌كان زۆر له‌وه‌ی باڵنده‌ نوێیه‌كان ده‌چێت،
چونكه‌ له‌و ماوه‌یه‌ دایناسۆره‌كان له‌گه‌ڵ مه‌مكداره‌ له‌پێشینه‌كان له‌ كێبڕكێدا بوون
تێگه‌یشتن له‌ نه‌خشه‌سازی بنه‌ڕه‌تی سیی مه‌مكداره‌كان گرنگه‌.
بۆ دووباره‌ ناساندنی سییه‌كان به‌ گشتی،
سه‌گه‌كه‌م، میلای ترۆی به‌كاردێنین،
ئه‌و ده‌م و چاوه‌ی ده‌ستپێكی هه‌زاران ده‌رمان بوو،
وه‌كو نموونه‌مان.
(پێكه‌نین)
ئه‌م چیڕۆكه‌ له‌ ناوه‌وه‌ی بۆشایی سینگ ڕووده‌دات.
بۆیه‌ ده‌مه‌وێت قه‌فه‌سه‌ی سینگی سه‌گێك بێننه‌به‌رچاوتان.
بیر له‌وه‌ بكه‌نه‌وه‌ چۆن بڕبڕه‌ی پشت
به‌ته‌واوی ئاسۆییه‌ له‌سه‌ر زه‌وی.
بڕبڕه‌ی پشت به‌م شێوه‌یه‌ ده‌بێت
له‌ هه‌موو ئه‌و گیاندارانه‌ی كه‌ باسیان ده‌كه‌ین،
جا گه‌ر له‌سه‌ر دوو په‌ل بڕۆن
یاخود چوار،
ئێستا ده‌مه‌وێت به‌ناو ئه‌م قه‌فه‌سه‌ سینگه‌ خه‌یاڵیه‌ سه‌ربكه‌ون و بگه‌ڕێن.
ئه‌مه‌ بنمیچی قه‌فه‌سه‌ی سینگمانه‌.
ئه‌مه‌ ئه‌و شوێنه‌یه‌ ڕووی سه‌ره‌وه‌ی سییه‌كان ڕاسته‌وخۆ له‌گه‌ڵ
په‌راسوو بڕبڕه‌كان به‌ریه‌ك ده‌كه‌ون.
ئه‌م نێوانه‌ڕووه‌ ئه‌و شوێنه‌یه‌ كه‌ چیڕۆكه‌كه‌مان لێوه‌ی ده‌ستپێده‌كات.
ئێستا ده‌مه‌وێت سییه‌كانی سه‌گ بێننه‌به‌رچاوتان.
له‌ ده‌ره‌وه‌، وه‌كو جانتایه‌كی گه‌وره‌ی فووتێكراوه‌ وایه‌
كه‌ هه‌موو به‌شه‌كانی جانتاكه‌ له‌كاتی هه‌ڵمژینی هه‌وا فراوان ده‌بن
و له‌كاتی هه‌ناسه‌دانه‌وه‌ كرژده‌بن.
له‌ناو جانتاكه‌، زنجیره‌یه‌ك بۆڕی لقدار هه‌ن.
ئه‌م بۆڕییانه‌ به‌ داری تایبه‌ت به‌ بۆڕی هه‌وا ناوده‌برێن.
له‌ كۆتاییدا، ئه‌م بۆڕییانه‌ ئۆكسجینی هه‌ڵمژراو به‌ كونۆچكه‌كان ده‌گه‌یه‌نن.
به‌ په‌رده‌یه‌كی ته‌نك تێده‌په‌ڕن بۆ سوڕی خوێن به‌ڕێگه‌ی بڵاوبوونه‌وه‌.
ئێستا، ئه‌م به‌شه‌ زۆر گرنگه‌.
سیی مه‌مكداره‌كان هه‌رهه‌مووی ده‌جوڵێت.
به‌مانای به‌درێژایی پرۆسه‌ی هه‌ناسه‌دان له‌ جووڵه‌دایه‌،
بۆیه‌ ئه‌و په‌رده‌ ته‌نكه‌، به‌ربه‌ستی گازی خوێن،
ناكرێت زۆر ته‌نك بێت ئه‌گه‌رنا ده‌دڕێت.
ئێستا، به‌ربه‌ستی گازی خوێنتان له‌بیربێت، چونكه‌ بۆ ئه‌مه‌ ده‌گه‌ڕێینه‌وه‌.
كه‌وایه‌، هه‌ر له‌گه‌ڵمن؟
چونكه‌ ده‌مانه‌وێت به‌ باڵنده‌كان ده‌ست پێبكه‌ین و شێت ده‌بن له‌گه‌ڵی،
بۆیه‌ ده‌ست به‌ پشته‌وه‌ت بگره‌.
(پێكه‌نین)
باڵنده‌ به‌ته‌واوی له‌ مه‌مكدار جیاوازه‌.
باڵنده‌ وه‌كو نمونه‌مان به‌كاردێنین
بۆ دووباره‌ بنیاتنانه‌وه‌ی سیی دایناسۆره‌كان.
بۆیه‌ له‌ باڵنده‌دا،
هه‌وا به‌ سیی دا ده‌ڕوات، به‌ڵام سیی نه‌ فراوان ده‌بێت نه‌ كرژ.
سیی نه‌جوڵاوه‌.
پێكهاته‌كه‌ی ئیسفه‌نجی چڕه‌
ڕه‌قه‌ و له‌شوێنی خۆی جێگیره‌ له‌سه‌ره‌وه‌ و ته‌نیشته‌كانی نزیك به‌ قه‌فه‌سه‌ی سینگ
و له‌ خواره‌وه‌ به‌ په‌رده‌یه‌كیی ستوونی.
به‌یه‌ك ئاڕاسته‌ هه‌واگۆڕكێ ده‌كات
له‌لایه‌ن زنجیره‌یه‌ك له‌ پێكهاته‌ی جێگیر، و شێوه‌ جانتایی
كه‌ له‌ داری تایبه‌تی بۆڕی هه‌وایی لقیان لێبۆته‌وه‌،
له‌پشت خودی سییه‌وه‌،
ئه‌مانه‌ش به‌ توره‌كه‌ی هه‌وا ناوده‌برێن
ئه‌م ئاماده‌كارییه‌ ته‌واو هه‌ستیاره‌ به‌ شێوه‌یه‌كی باش جێگیرده‌كرێت
له‌لایه‌ن زنجیره‌یه‌ك له‌ په‌راسووی له‌ت له‌ت
به‌دریژایی بنمیچی سنگ.
هه‌روه‌ها، له‌ چه‌ندین چه‌شنی باڵنده‌كان،
ڕاكێشان ده‌ست پێده‌كات له‌ سیی
و توره‌كه‌ی هه‌وا،
شانه‌ ئیسكبه‌ندییه‌كان داگیرده‌كه‌ن--
زۆربه‌ی جار بڕبڕه‌، هه‌ندكجاریش په‌راسوو--
سیسته‌می هه‌ناسه‌یی له‌ شوێنی خۆی داده‌خه‌ن.
ئه‌مه‌ش پێی ده‌گوترێت "هه‌واپه‌ستێنراوی بڕبڕه‌یی."
په‌راسووه‌ له‌ت له‌ته‌كان و هه‌واپه‌ستیوراوی بربڕه‌یی
دوو ئاماژه‌ن كه‌ ده‌توانین له‌ تۆماری به‌ردبووه‌كان لێیان بگه‌ڕێین،
چونكه‌ ئه‌م دوو سیفه‌ته‌ په‌یكه‌رییه‌
ده‌ریده‌خات كه‌ شوێنی سیسته‌می هه‌ناسه‌یی دایناسۆره‌كان
جێگیرن.
ئه‌م له‌نگه‌رگرتنه‌ی سیسته‌می هه‌ناسه‌ییه‌
گه‌شه‌داری ته‌نكیی به‌ربه‌ستی گازی خوێنی ئاسانكردووه‌،
ئه‌و په‌رده‌ ته‌نكه‌ كه‌ به‌سه‌ریدا ئۆكسجین به‌ سوڕی خوێندا بڵاوده‌بێته‌وه‌.
نه‌جوڵانه‌كه‌ ڕێگه‌ به‌مه‌ ده‌دات چونكه‌ به‌ربه‌ستی ته‌نك به‌ربه‌ستێكی لاوازه‌،
و به‌ربه‌ستی لاواز ده‌ته‌قێته‌وه‌ گه‌ر به‌ چاڵاكی هه‌واگۆڕكێی پێبكرێت
وه‌كو سیی مه‌مكداره‌كان.
بۆچی گرنگی به‌مه‌ ده‌ده‌ین؟
بۆچی ئه‌مه‌ گرنگه‌؟
ئۆكسجین زۆر به‌ئاسانی به‌ناو په‌رده‌ی ته‌نك بڵاوده‌بێته‌وه‌،
و په‌رده‌ی ته‌نك ڕێگایه‌كه‌ بۆ زیادكردنی هه‌ناسه‌یی
له‌ژێر باری ئۆكسجینی نزم--
باری ئۆكسجینی نزم وه‌كو ئه‌وه‌ی چاخی تریاسی.
بۆیه‌، گه‌ر دایناسۆره‌كان هه‌ر به‌ڕاستی ئه‌م جۆره‌ سیی یه‌یان هه‌بوایه‌،
له‌هه‌موو گیانله‌به‌ره‌كانی تر زیاتر له‌ ئاماده‌باشیدا ده‌بن بۆ هه‌ناسه‌دان،
له‌نێویشیاندا مه‌مكداره‌كان.
ڕێگه‌ی كه‌وانه‌ی گه‌شه‌ی جینی ماوه‌تان بیرماوه‌
كه‌ توێكاری گیانله‌به‌ره‌ نوێیه‌كان وه‌رگرده‌گرین،
و بۆ تۆماری به‌ردبووه‌كان جێبه‌جێی ده‌كه‌ین؟
بۆیه‌، ئاماژه‌ی یه‌كه‌م په‌راسووی له‌ت له‌تی باڵنده‌ نوێكان بوو.
باشه‌، ئه‌مه‌ له‌ ژماره‌یه‌كی به‌رچاوی دایناسۆره‌كان ده‌بینین.
به‌مانای ڕووی سه‌ره‌وه‌ی سیی دایناسۆره‌كان
له‌ شوێنی خۆی داده‌خرێت،
هه‌روه‌كو باڵنده‌ نوێكان.
ئاماژه‌ی دووه‌م هه‌وا په‌ستێورانی بڕبڕه‌ییه‌.
ئه‌مه‌ له‌ دایناسۆری ساورۆپۆد و سێرۆپۆد ده‌بینین،
كه‌ گرووپێكه‌ دایناسۆره‌ دڕنده‌كان له‌خۆده‌گرێت
و بوونه‌ باڵنده‌ی ئێستا.
له‌كاتێك به‌لگه‌ی شانه‌ی سیی به‌به‌ردبووی دایناسۆرمان له‌به‌رده‌ست نییه‌،
هه‌وا په‌ستێوراوی بربڕه‌یی به‌ڵگه‌ی چۆنێتی كاركردنی سییه‌كانمان ده‌داتێ
له‌ماوه‌ی ژیانی ئه‌م گیانله‌به‌رانه‌.
شانه‌ی سیی یاخود شانه‌ی توره‌كه‌ی هه‌وا بربڕه‌ی داگیركردبوو،
بۆشیان ده‌كات هه‌روه‌كو باڵنده‌ی نوێ،
شوێنی سیسته‌می هه‌ناسه‌یی داده‌خات،
جێگیریان ده‌كات.
په‌راسووه‌ له‌ت له‌ته‌كان
له‌گه‌ڵ هه‌وا په‌ستیورانی بڕبڕه‌یی
چوارچێوه‌یه‌كی پته‌و و جێگیریان دروستكرد
كه‌ سیسته‌می هه‌ناسه‌یی داخست
كه‌ ڕێگه‌ی به‌ گه‌شه‌داری ئه‌و به‌ربه‌ستی گازی خوێنه‌ی ئێجگار ته‌نك و هه‌ستیاره‌دا
كه‌ ئه‌مڕۆ له‌ باڵنده‌ی نوێ ده‌یانبینین.
به‌ڵگه‌ له‌سه‌ر ئه‌م سییه‌ ڕاسته‌ی دایناسۆره‌كان
به‌و مانایه‌ دێت كه‌ توانیان هه‌بووه‌ گه‌شه‌ به‌ سییه‌ك بكه‌ن
كه‌ ده‌یتوانی هه‌ناسه‌بدات
له‌ كه‌شی ئۆكسجینی نزم له‌ چاخی تریاسی.
ئه‌م ئاماده‌كردنی په‌یكه‌ره‌ پته‌وه‌ی دایناسۆره‌كان سیفه‌تێكی گونجانی
گه‌وره‌یان پێده‌به‌خشێت به‌سه‌ر گیانله‌- به‌ره‌كانیتر، به‌تایبه‌تیش مه‌مكداره‌كان
كه‌ سییه‌ جێگیره‌كه‌ی نه‌یده‌توانی بگونجێت
له‌گه‌ڵ كه‌شی كه‌می ئۆكسجینی تریاسی.
ڕه‌نگه‌ ئه‌م توێكارییه‌ چه‌كی نهێنیی دایناسۆره‌كان بووبێت
كه‌ ئه‌و لایه‌نه‌ باشه‌ی پێداون به‌سه‌ر گیانله‌به‌ره‌كانی تر.
ئه‌مه‌ش خاڵێكی ده‌ستپێكی زۆر باشمان پێده‌به‌خشێت
بۆ ده‌ستپێكردنی تاقیكردنه‌وه‌ی گریمانه‌یی هه‌مه‌چه‌شنی دایناسۆره‌كان.
ئه‌مه‌ چیڕۆكی سه‌ره‌تای دایناسۆره‌كانه‌،
و ئه‌مه‌ ته‌نیا سه‌ره‌تای چیڕۆكی لێكۆڵینه‌وه‌كه‌مانه‌ له‌و بابه‌ته‌
(سوپاس)
(چه‌پڵه‌)
Todos hemos oído hablar sobre cómo murieron los dinosaurios.
La historia que voy a contarles
sucedió alrededor de 200 millones de años antes de la extinción de los dinosaurios.
Esta historia comienza al principio de todo,
con el origen de los dinosaurios.
Uno de los grandes misterios de la biología evolutiva
es por qué los dinosaurios fueron tan gloriosos.
¿Qué les condujo a su dominancia global durante tantos años?
Cuando la gente piensa por qué los dinosaurios fueron tan increíbles,
normalmente piensa en los dinosaurios más grandes o más pequeños,
o sobre quién era más rápido,
o quién tenía más plumas,
la armadura más ridícula, puntas o dientes.
Pero quizás la respuesta tenga que ver con su anatomía interna;
un arma secreta, por llamarlo de alguna forma.
Mis compañeros y yo creemos que fueron sus pulmones.
Soy paleontóloga y anatomista comparativa
y estoy centrada en entender
cómo el pulmón especial de los dinosaurios les ayudó a dominar el planeta.
Vamos a viajar atrás en el tiempo hasta hace unos 200 millones de años,
al periodo Triásico.
El entorno era extremadamente áspero,
no había plantas florales,
lo que quiere decir que no había césped.
Imaginen un paisaje repleto de pinos y helechos.
Al mismo tiempo, había pequeños lagartos,
mamíferos, insectos,
y había reptiles carnívoros y herbívoros,
todos compitiendo por los mismos recursos.
Esencial en esta historia
es que el nivel de oxígeno se ha estimado que era tan bajo que alcanzaba 15 %,
comparado con el 21 % actual.
Así que era esencial para los dinosaurios poder respirar
en este entorno bajo de oxígeno;
no solo para sobrevivir,
sino para prosperar y diversificarse.
Y ¿cómo sabemos cómo eran los pulmones de los dinosaurios
cuando todo lo que nos queda de ellos son, sobre todo, sus esqueletos fosilizados?
El método que empleamos se denomina "horquillado filogenético conservado".
Es una forma elegante de decir que estudiamos la anatomía
-- en este caso específico, los pulmones y el esqueleto --
de los descendientes actuales de los dinosaurios según su árbol filogenético.
Por lo que observaremos la anatomía de los pájaros,
que son descendientes directos de los dinosaurios,
y observaremos la anatomía de los cocodrilos,
sus parientes vivos más cercanos,
y luego observaremos la anatomía de lagartos y tortugas,
a los que podemos considerar sus primos.
Y después aplicamos estos datos analíticos a los registros fósiles
y los usamos para reconstruir los pulmones de los dinosaurios.
Y en este caso específico,
el esqueleto de los dinosaurios se parece sobre todo al de los pájaros modernos.
Como los dinosaurios competían con los primeros mamíferos durante este periodo,
es importante comprender la plantilla básica del pulmón de mamíferos.
Además, para darles información general sobre los pulmones,
usaremos a mi perra, Mila de Troya,
la cara que ganó mil obsequios,
como nuestro modelo.
(Risas)
Esta historia tiene lugar dentro de una cavidad torácica.
Quiero que visualicen la caja torácica de un perro.
Piensen sobre cómo la columna vertebral
es completamente paralela al suelo.
Así es como será la columna vertebral
de todos los animales de los que hablaremos,
ya caminen sobre dos patas
o cuatro patas.
Ahora quiero que se introduzcan en la caja torácica imaginaria y miren arriba.
Esta es nuestra cubierta torácica.
Aquí es donde la superficie superior de los pulmones entra en contacto directo
con las costillas y vértebras.
En esta interfaz tiene lugar nuestra historia.
Ahora quiero que visualicen los pulmones de un perro.
Desde fuera, parecen una gran bolsa hinchable
donde todas sus partes se expanden durante la inhalación
y se contraen durante la espiración.
Dentro de la bolsa hay una serie de tubos ramificados
que se denominan árbol bronquial.
Estos tubos llevan el oxígeno inhalado hasta los alvéolos.
Cruzará una fina membrana hacia el torrente sanguíneo por difusión.
Ahora, esta parte es esencial.
El pulmón mamífero es completamente móvil.
Lo que quiere decir que se moverá durante el proceso respiratorio,
por lo que esa membrana, la barrera entre sangre y aire,
no podrá ser muy fina, o se romperá.
Recuerden a la barrera entre sangre y aire, porque volveremos a ella.
¿Siguen conmigo?
Vamos a empezar a hablar de pájaros y es una locura;
agárrense a sus asientos.
(Risas)
Los pájaros son completamente diferentes a los mamíferos.
Y usaremos a los pájaros como modelo
para reconstruir los pulmones de los dinosaurios.
En el pájaro,
el aire pasa a través del pulmón, pero el pulmón ni se expande ni se contrae.
El pulmón es inmóvil,
tiene la textura de una esponja densa,
es inflexible y está fijado en su parte superior y laterales por la caja torácica
y en su parte inferior por una membrana horizontal.
Es ventilado unidireccionalmente
por una serie de estructuras flexibles similares a una bolsa
que se ramifican a partir del árbol bronquial
hasta más allá del propio pulmón
y se llaman sacos aéreos.
Esta instalación extremadamente delicada está fijada en su sitio
por una serie de costillas bifurcadas
sobre toda la cubierta torácica.
En muchas especies de pájaros
surgen extensiones del pulmón
y los sacos aéreos;
invaden los tejidos esqueléticos
-- normalmente las vértebras, a veces las costillas --
y fijan el sistema respiratorio en su sitio.
Esto se llama "neumaticidad vertebral".
Las costillas bifurcadas y la neumaticidad vertebral
son dos pistas que podemos buscar en los registros fósiles,
porque estas dos características esqueléticas
indicarían que zonas del sistema respiratorio de los dinosaurios
estarían inmovilizadas.
El anclaje del sistema respiratorio
facilitó la evolución de una barrera fina entre sangre y aire,
esa fina membrana a través de la que el oxígeno difunde hacia la sangre.
La inmovilización permite esto porque esa fina barrera es muy débil
y podría romperse si estuviese siendo ventilada activamente
como en un pulmón de mamífero.
¿Por qué nos preocupamos por esto?
¿Por qué nos importa?
El oxígeno difunde más fácilmente a través de membranas finas,
por lo que la fina membrana mejorará la respiración
ante condiciones de bajo oxígeno...
condiciones de bajo nivel de oxígeno como las del periodo Triásico.
Así que si los dinosaurios tenían este tipo de pulmón,
estaban mejor equipados para respirar que otros animales,
incluyendo mamíferos.
¿Recuerdan el método del horquillado filogenético conservado
donde tomamos estudios sobre la anatomía de animales modernos
y los aplicamos a registros fósiles?
Bien, la primera pista era las costillas ramificadas de los pájaros modernos.
Bien, podemos encontrarlas en la mayoría de dinosaurios.
Lo que quiere decir que la parte superior de los pulmones de los dinosaurios
estaría anclada en ellas,
tal y como en pájaros modernos.
La segunda pista es la neumaticidad vertebral.
La hemos observado en dinosaurios saurópodos y en terópodos,
que es el grupo que incluye a los dinosaurios depredadores
y da origen a los pájaros modernos.
Y aunque no encontremos evidencia de tejido pulmonar fosilizado en dinosaurios,
la neumaticidad vertebral nos proporciona evidencia sobre qué hacía el pulmón
durante la vida de estos animales.
El tejido pulmonar o de los sacos aéreos invadió las vértebras,
vaciándolas por dentro como en un pájaro moderno,
y anclando regiones del sistema respiratorio,
inmovilizándolas.
Las costillas ramificadas
junto a la neumaticidad vertebral
crearon una rígida estructura inmovilizada
que ancló al sistema respiratorio en un lugar
que permitió la evolución de esa tan fina, tan delicada barrera entre aire y sangre
que vemos actualmente en pájaros modernos.
Evidencia de este firme pulmón en los dinosaurios
nos indica que tuvieron la capacidad de desarrollar un pulmón
capaz de respirar
bajo la atmósfera hipóxica, con bajo nivel de oxígeno, del periodo Triásico.
El esqueleto rígido de los dinosaurios les proporcionaría
una ventaja adaptativa significativa sobre otros animales, principalmente mamíferos,
cuyos pulmones flexibles no podrían haberse adaptado
a la atmósfera hipóxica, con bajo nivel de oxígeno, del Triásico.
Esta anatomía podría haber sido el arma secreta de los dinosaurios
que les dio ventaja sobre otros animales.
Y esto nos da una excelente pista de lanzamiento
donde empezar a probar hipótesis sobre la diversificación de los dinosaurios.
Esta es la historia del inicio de los dinosaurios,
y esto es solo el principio de la historia de nuestra investigación en este ámbito.
Gracias.
(Aplausos)
همه ما شنیده‌ایم دایناسورها چطور مرده‌اند.
داستانی که می‌خواهم برایتان تعریف کنم
۲۰۰ میلیون سال پیش از انقراض دایناسورها اتفاق افتاد.
این داستان از همان ابتدا شروع می‌شود،
زمانی که دایناسورها تازه در اول راه بودند.
یکی از بزرگترین اسرار زیست‌شناسی تکاملی این است
که دایناسورها چطور این قدر موفق بودند.
چه چیزی به استیلای جهانی آنها برای این همه سال منجر شد؟
وقتی مردم به شگفتی دایناسورها فکر می‌کنند،
معمولاً به یاد بزرگترین یا کوچک‌ترین دایناسور می‌افتند،
یا اینکه کدام سریع‌ترین بود،
یا چه کسی بیشترین پرها،
مسخره‌ترین زره، چنگال یا دندان را داشت.
اما شاید پاسخ در کالبدشناسی درونی آنها باشد --
بهتر است بگوییم سلاحی مخفی.
من و همکارانم فکر می‌کنیم این ریه‌های آنها بود.
من هم دیرین شناس هستم و هم کالبد شناس قیاسی،
و علاقه دارم متوجه شوم
چطور ریه‌های مخصوص دایناسورها به آنها در تسخیر این سیاره کمک کرد.
خب می‌خواهیم به بیش از ۲۰۰ میلیون سال قبل برگردیم
به دوران تریاس.
محیط زیست به شدت خشن بود،
هیچ گیاه گل‌داری وجود نداشت،
و این یعنی علفی وجود نداشت.
پس یعنی چشم‌اندازی را تصور کنید مملو از درختان کاج و سرخس.
در عین حال، سوسمارهای کوچک،
پستاندارن، و حشرات وجود داشتند،
و همچنین خزندگان گوشت‌خوار و گیاه‌خوار بودند --
همه بر سر منابع مشترک رقابت داشتند.
نکته بحرانیِ این داستان این است
که سطح اکسیژن تنها ۱۵ درصد تخمین زده می‌شود،
در مقایسه با ۲۱ درصد امروزی.
پس برای دایناسورها تواناییِ تنفس
در این محیط کم‌اکسیژن
نه تنها برای بقا
بلکه برای شکوفایی و متنوع شدن هم حیاتی بوده است.
پس از کجا بدانیم که حتی شکل ریه دایناسورها چطور بوده،
در حالی که تنها بقایای آنها اسکلت‌های فسیل شده است؟
روشی که ما استفاده می‌کنیم «براکتینگ فیلوژنتیک موجودات» نام دارد.
این عبارت پرتکلَف یعنی آناتومی نوادگان زنده دایناسورها --
به طور خاص در اینجا، ریه و اسکلت --
در درخت تکامل را مطالعه می‌کنیم.
پس به آناتومی پرندگان نگاه می‌کنیم،
که مستقیماً بازماندگان دایناسورها هستند،
و به آناتومی کروکودیل‌ها نگاه می‌کنیم،
که نزدیک‌ترین خویشاوند زنده آنها هستند،
و بعد به آناتومی سوسمارها و لاک‌پشت‌ها نگاه می‌کنیم،
که می‌توانیم آنها را عموزاده‌های دایناسورها بدانیم.
و بعد این اطلاعات کالبدشناسی را در فسیل‌های کشف شده به کار می‌گیریم،
و بعد می‌توانیم با استفاده از آن ریه‌های دایناسورها را بازسازی کنیم.
و در این مثال خاص،
اسکلت دایناسورها بیشتر به اسکلت پرندگان امروزی می‌ماند.
خب، از آنجا که دایناسورها در طول این دوره با پستانداران اولیه در رقابت بودند،
مهم است که طرح ریهٔ پستانداران اولیه را درک کنیم.
همچنین، برای آشنا کردن شما با ریه به طور کلی،
از سگ من میلای تروی استفاده می‌کینم،
چهره‌ای که به عنوان مدل ما،
هزاران تحسین برمی‌انگیزد.
(خنده)
این داستان درون فضای سینه رخ می‌دهد.
خب می‌خواهم که قفسه سینه یک سگ را تصور کنید.
فکر کنید که چطور ستون فقرات
کاملاً به موازات زمین است.
ستون فقرات در تمام حیواناتی
که درباره‌شان صحبت می‌کنیم به همین شکل است،
چه روی دو پا حرکت کنند
چه چهار پا.
حالا می‌خواهم که داخل قفسه سینه بروید و به بالا نگاه کنید.
این سقف قفسه سینه ما است.
این جایی است که سطح بالای شش‌ها با دنده‌ها و مهره‌ها
در تماس مستقیم قرار می‌گیرد.
این برخورد جایی است که داستان ما رخ می‌دهد.
حالا می‌خواهم که ریه یک سگ را تصور کنید.
از بیرون شبیه یک کیسه بادکنکی بزرگ است
که تمام بخش‌های کیسه با دمیدن باد می‌شوند
و با بازدم خالی می‌شوند.
درون این کیسه مجموعه‌ای از لوله‌های شاخه‌ای است،
و این لوله‌ها درخت برونشی نام دارند.
این لوله‌ها اکسیژن تنفس شده را نهایتاً به کیسه‌های هوایی می‌رسانند.
آنها از لایه‌ای بسیار نازک گذشته از طریق انتشار وارد جریان خون می‌شود.
حالا، این قسمت حیاتی است.
تمام ریه پستاندارن متحرک است.
یعنی در طول تمام فرایند تنفس در حال حرکت است،
پس آن لایه نازک، مانع بین گاز و خون،
نباید زیاد نازک باشد وگرنه پاره می‌شود.
خوب، مانع بین گاز و خون یادتان باشد، چون به آن باز خواهیم گشت.
خوب، هنوز با من هستید؟
چون می‌خواهیم پرنده‌ها را شروع کنیم و قرار است پیچیده شود،
پس محکم بنشینید.
(خنده)
پرندگان کاملاً با پستانداران فرق دارند.
و قرار است از آنها به عنوان مدل
برای بازسازی ریه دایناسورها استفاده کنیم.
خب در پرنده،
هوا از شش عبور می‌کند اما ریه منقبض و منبسط نمی‌شود.
ریه ثابت است،
ساختاری شبیه یک اسفنج متراکم دارد
و غیرقابل انعطاف است و در جای خود در بالا و کنار بوسیله قفسه سینه
و از پایین با لایه‌ای افقی ثابت شده است.
بعد توسط مجموعه‌ای از ساختارهای منعطف کیسه مانند
به صورت یک طرفه هوادهی می‌شود
که از درخت برونشی منشعب شده،
و تا ورای ریه ادامه دارند،
و کیسه‌های هوا نام دارند.
حالا، این ساختار بسیار ظریف توسط مجموعه‌ای دنده چنگالی
در تمام طول سقف قفسه سینه
در جای خود ثابت شده است.
همچنین در بسیاری از گونه‌های پرندگان،
بخش اضافی از ریه
و کیسه‌های هوایی فراتر رفته،
و به بافت اسکلتی هم تجاوز می‌کند --
معمولاً مهره‌ها و گاهی هم دنده‌ها --
و دستگاه تنفسی را در جای خود ثابت می‌کنند.
و این‌ها «مهره‌های پنوماتیکی» نام دارند.
دنده‌های چنگالی و مهره‌های پنوماتیکی
دو نکته‌ای هستند که می‌توانیم در فسیل‌ها جستجو کنیم،
زیرا این دو ویژگی استخوانی
نشان خواهند داد که بخشهای سیستم تنفسی دایناسورها
ثابت بوده است.
این ثابت بودن سیستم تنفسی
تکامل مانع گاز و خون به سمت نازک شدن را تسهیل کرد،
همان لایه نازکی که اکسیژن از آن در جریان خون منتشر می‌شود.
ثابت بودن این را ممکن می‌سازد چون یک مانع نازک مانعی ضعیف است،
و اگر مانع ضعیف مانند پستانداران به طور فعال هوادهی شود
پاره خواهد شد.
خوب، چرا این برای ما اهمیت دارد؟
چرا این اصلاً مهم است؟
اکسیژن از یک لایهٔ نازک راحت‌تر منتشر می‌شود،
و لایه نازک راهی است برای بهبود تنفس
در شرایط عدم وجود اکسیژن کافی --
عدم وجود اکسیژن کافی مانند شرایط دوران تریاسه.
پس اگر دایناسورها واقعاً چنین ریه‌هایی داشتند،
برای تنفس از تمام حیوانات
از جمله پستانداران مجهزتر بوده‌اند.
خوب براکتینگ فیلوژنتیک موجودات یادتان هست
که کالبدشناسی حیوانات مدرن را می‌گرفتیم،
و در فسیل‌های کشف شده به کار می‌بردیم؟
نکته اول دنده‌های چنگالی پرندگان مدرن بود.
خوب، آن را در تقریباً اکثریت دایناسورها پیدا کردیم.
این یعنی سطح بالایی ریه‌های دایناسورها
در جای خود ثابت بوده است،
درست مانند پرندگان امروزی.
نکته دوم مهره‌های پنوماتیکی بود.
این را هم در دایناسورهای سوروپود و تروپود کشف کردیم،
که گروهی است که دایناسورهای شکارچی را شامل می‌شود
که اجداد پرندگان امروزی هستند.
و با وجود اینکه شواهد فسیلی از بافت ریوی دایناسورها در دست نیست،
مهره‌های پنوماتیکی به ما نشان می‌دهد
در طول حیات این حیوانات ریه چه کار می‌کرده است.
بافت ریوی یا بافت کیسه هوایی به مهره‌ها تجاوز می‌کرده،
و آنها را مانند پرندگان امروزی توخالی می‌کرده است،
تا قسمت‌های سیستم تنفسی را در جای خود نگه دارد،
و آن را ثابت کند.
دنده‌های چنگالی
و مهره‌های پنوماتیکی باهم
چارچوبی نامتحرک و صلب ایجاد می‌کردند،
که سیستم تنفسی را در جای خود ثابت نگه‌می‌داشت
و به تکامل آن مانع گاز و خون بسیار نازک و ظریف
که امروزه در پرندگان می‌بینیم کمک کرد.
شواهد این ریه غل و زنجیر شده در دایناسورها
یعنی آنها ظرفیت تکامل ریه‌ای را داشتند
که می‌توانست در شرایط هیپوکسی
یا کمبود اکسیژن در دوران تریاسه تنفس کند.
این ساختار صلب اسکلتی در دایناسورها
به آنها نسبت به سایر حیوانات، برتری ویژه‌ای برای سازش می‌داد
مخصوصاً نسبت به پستانداران که ریه‌های منعطف‌شان نمی‌توانست
به هیپوکسی و اتمسفر کم اکسیژن تریاسه سازگار شود.
این کالبد می‌توانسته سلاح پنهان دایناسورها باشد
که نسبت به سایر حیوانات به آنها برتری داد.
و این به ما سکوی پرتاب بی‌نظیری می‌دهد
تا نظریه‌های گوناگونی دایناسورها را آزمایش کنیم.
این داستانِ آغاز دایناسورها،
و تازه اول داستان تحقیقات ما در این زمینه است.
متشکرم.
(تشویق)
On a tous entendu parler de l'extinction des dinosaures.
L'histoire que je m'apprête à vous raconter se passe
plus de 200 millions d'années avant leur disparition.
Elle débute au commencement de tout,
les dinosaures viennent tout juste de faire leur apparition.
L'un des plus grands mystères de la biologie de l'évolution,
c'est le règne des dinosaures.
Pourquoi ont-ils dominé la Terre pendant si longtemps ?
Quand on se demande ce qui rend les dinosaures si extraordinaires,
on pense tout de suite à leur taille, on connaît le plus petit,
le plus grand, le plus rapide,
celui qui a le plus de plumes,
ceux qui ont les armures, les piques ou les dents les plus impressionnantes.
Mais la réponse se cache peut-être dans leur anatomie interne,
une sorte d'arme secrète.
Mes collègues et moi pensons qu'il s'agit de leurs poumons.
Je suis paléontologue et spécialiste de l'anatomie comparée,
et ce qui m'intéresse, c'est comprendre comment les poumons spécialisés
des dinosaures les ont aidés à prendre le contrôle sur Terre.
On fait donc un bond en arrière, il y a plus de 200 millions d'années,
pour retourner au Trias.
L'environnement est extrêmement hostile,
il n'y a pas de plantes à fleurs,
donc pas d'herbe.
Imaginez un paysage composé uniquement de pins et de fougères.
À cette époque, il y a de petits lézards,
des mammifères, des insectes,
mais aussi des reptiles carnivores et herbivores,
et tous sont en concurrence pour les mêmes ressources.
Une chose importante :
le taux d'oxygène est bas, environ 15 %,
alors qu'il est aujourd'hui de 21 %.
Il était donc vital pour les dinosaures de pouvoir respirer
dans cet environnement pauvre en oxygène,
non seulement pour survivre,
mais aussi pour prospérer et se diversifier.
Alors, comment sait-on à quoi ressemblaient leurs poumons,
puisque tout ce qui reste des dinosaures sont des squelettes fossilisés ?
On utilise une méthode qui s'appelle « bracketing phylogénétique ».
Ce titre pompeux signifie qu'on étudie l'anatomie -
en l'occurrence, les poumons et le squelette -
des espèces vivantes qui descendent des dinosaures sur l'arbre évolutif.
Donc on regarde l'anatomie de nos oiseaux,
qui sont les descendants directs des dinosaures,
et celle des crocodiliens,
l'espèce vivante la plus proche des dinosaures,
et on étudie l'anatomie des lézards et des tortues,
qui sont en quelque sorte leurs cousins.
Ensuite, on transpose ces données anatomiques sur des fossiles,
et on peut ainsi reconstruire les poumons des dinosaures.
Dans notre contexte en particulier,
le squelette des dinosaures ressemble beaucoup à celui des oiseaux actuels.
Comme les dinosaures coexistaient avec des mammifères à cette période,
il faut aussi comprendre comment fonctionnent les poumons des mammifères.
Pour vous expliquer le fonctionnement général des poumons,
on va prendre ma chienne, Mila de Troie,
la plus belle chienne du monde,
comme modèle.
(Rires)
Tout se passe dans la cage thoracique.
Je veux que vous visualisiez la cage thoracique d'un chien.
Sa colonne vertébrale
est complètement parallèle au sol.
C'est le cas pour tous les animaux
dont nous allons parler,
qu'ils marchent sur deux pattes
ou sur quatre pattes.
Maintenant, grimpez dans cette cage thoracique et levez les yeux.
C'est le « plafond » thoracique.
C'est là où la partie supérieure des poumons entre en contact direct
avec les côtes et les vertèbres.
Notre histoire se passe précisément à ce point de contact.
Visualisez maintenant les poumons d'un chien.
De l'extérieur, on dirait un grand ballon gonflable
dont toutes les parties se dilatent lors de l'inspiration,
et se contractent lors de l'expiration.
L'intérieur de ce ballon contient des petites branches tubulaires
qui forment « l'arbre bronchique ».
Ces tubes transportent l'oxygène inhalé dans les alvéoles.
Ils traversent une fine membrane pour passer dans le sang par diffusion.
Cette information est très importante :
l'intégralité du poumon est mobile chez les mammifères.
Cela veut dire qu'il bouge lors du processus de respiration,
et que la membrane, la barrière air-sang,
ne peut pas être trop fine, sinon elle casserait.
Gardez cette barrière air-sang en mémoire, nous allons y revenir.
Vous me suivez toujours ?
On arrive dans les oiseaux, et c'est là que ça se complique,
alors attachez vos ceintures.
(Rires)
Les oiseaux sont complètement différents des mammifères.
Et on va utiliser les oiseaux comme modèle
pour reconstruire les poumons des dinosaures.
Donc, chez l'oiseau,
l'air passe dans les poumons, mais ceux-ci ne se dilatent et ne se contractent pas.
Le poumon est immobile,
il a la même texture qu'une éponge dense,
et il est rigide, coincé sur le dessus et les côtés par la cage thoracique.
En bas, il est délimité par une membrane horizontale.
Il est ensuite ventilé de manière unidirectionnelle
par une série de structures souples qui ressemblent à des poches,
et qui partent de l'arbre bronchique,
au-delà même du poumon.
Ce sont les sacs aériens.
Ce mécanisme extrêmement délicat est maintenu en place
par plusieurs côtes en forme de fourches
qui se trouvent le long du plafond thoracique.
Chez de nombreuses espèces d'oiseaux,
des extensions des poumons
et des sacs aériens
envahissent les tissus du squelette -
souvent les vertèbres, parfois les côtes -
et verrouillent le système respiratoire.
Ce mécanisme s'appelle la « pneumatisation vertébrale ».
Les côtes fourchues et la pneumatisation vertébrale
sont deux indices que l'on peut rechercher dans les fossiles,
car ces deux caractéristiques squelettiques
indiqueraient que certaines parties du système respiratoire des dinosaures
étaient immobiles.
Cet ancrage du système respiratoire
a facilité, au cours de l'évolution, l'affinement de la barrière sang-air,
cette fine membrane à travers laquelle l'oxygène se diffuse dans le sang.
C'est l'immobilité qui permet cela car une barrière fine est aussi fragile,
et elle céderait si elle était activement ventilée
comme dans un poumon de mammifère.
Alors, pourquoi c'est intéressant ?
Qu'est-ce que ça change ?
L'oxygène se diffuse plus facilement à travers une membrane fine,
et cette membrane est un moyen d'améliorer la respiration
dans un environnement pauvre en oxygène
comme celui du Trias.
Alors si les dinosaures étaient effectivement équipés de ces poumons,
ils avaient un avantage pour respirer par rapport aux autres animaux,
notamment aux mammifères.
Vous vous souvenez qu'avec la méthode du bracketing phylogénétique,
on prend l'anatomie des animaux modernes,
et on la transpose sur des fossiles.
Premier indice : les côtes fourchues des oiseaux d'aujourd'hui.
Eh bien, on les retrouve chez la majorité des dinosaures.
Cela veut dire que la partie supérieure des poumons des dinosaures
était maintenue en place,
tout comme chez les oiseaux actuels.
Second indice : la pneumatisation vertébrale.
On retrouve cette caractéristique chez les sauropodes et théropodes,
qui sont le groupe auquel appartiennent les dinosaures prédateurs
et dont descendent les oiseaux actuels.
Même si on ne trouve pas de tissus pulmonaires dans les fossiles,
la pneumatisation vertébrales nous dit comment le poumon fonctionnait
pendant la vie de ces animaux.
Les tissus pulmonaires ou des sacs aériens envahissaient les vertèbres,
ce qui les rendaient creuses, comme chez les oiseaux actuels,
et maintenaient certaines parties du système respiratoire en place
en les immobilisant.
La combinaison des côtes fourchues
et de la pneumatisation vertébrale
crée une structure rigide et immobile
verrouillant le système respiratoire
qui a permis l'apparition de cette barrière sang-air ultrafine et délicate
que l'on trouve aujourd'hui chez les oiseaux.
Les preuves de ces poumons « en camisole » chez les dinosaures
montrent qu'ils avaient la capacité d'évoluer avec un poumon
capable de respirer
dans l'atmosphère pauvre en oxygène du Trias.
Cette configuration squelettique rigide constituait un avantage important
par rapport aux autre animaux, notamment aux mammifères,
dont les poumons souples n'auraient pas pu s'adapter
à l'atmosphère pauvre en oxygène du Trias.
Cette anatomie a peut-être été l'arme secrète des dinosaures,
leur avantage décisif par rapport aux autres animaux.
Et c'est aussi pour nous un formidable tremplin
pour commencer à tester les hypothèses de diversification des dinosaures.
C'est l'histoire du début des dinosaures
et ce n'est que le début de nos recherches sur le sujet.
Merci.
(Applaudissements)
כולנו שמענו איך הדינוזאורים מתו.
הסיפור שאני הולכת לספר לכם
קרה יותר מ-200 מליון שנה לפני הכחדת הדינוזאורים.
הסיפור מתחיל ממש בהתחלה
כאשר הדינוזאורים רק החלו בחייהם.
אחת התעלומות הגדולות ביותר בביולוגיה אבולוציונית
היא מדוע הדינוזאורים היו כל-כך מוצלחים.
מה הוביל לשליטה הגלובלית שלהם במשך כל-כך הרבה שנים?
כשאנשים חושבים מדוע הדינוזאורים היו כל-כך מדהימים,
הם לרוב חושבים על הדינוזאור הגדול ביותר או הקטן ביותר,
או מי היה הכי מהיר,
או למי היו הכי הרבה נוצות,
או את השיריון, הדוקרנים או השיניים הכי מגוחכים.
אך אולי התשובה צריכה להמצא באנטומיה הפנימית שלהם --
נשק סודי, אפשר לומר.
הקולגות שלי ואני, אנחנו חושבים שאלו היו הריאות שלהם.
אני גם פליאונטולוגית וגם עוסקת באנטומיה השוואתית,
ואני מעוניינת להבין
איך ריאות הדינוזאורים עזרו להם להשתלט על כדור-הארץ.
אנחנו הולכים לקפוץ 200 מיליון שנה לאחור,
לתקופת טריאס.
הסביבה הייתה קשה באופן קיצוני,
לא היו שום צמחים פורחים,
מה שאומר שלא היה דשא.
אז דמיינו נוף מלא בעצי אורן ושרכים.
באותה העת, היו לטאות קטנות,
יונקים, חרקים,
וגם היו זוחלים אוכלי-בשר ואוכלי-עשב --
כולם מתחרים על אותם משאבים.
נתון קריטי לסיפור
הוא שרמות החמצן הוערכו להיות נמוכות עד כדי 15 אחוז,
בהשוואה ל-21 אחוז כיום.
אז היה הכרחי לדינוזאורים על-מנת שיוכלו לנשום
בסביבה דלת החמצן הזו,
לא רק כדי לשרוד
אלא כדי לשגשג ולהתגוון.
אז, כיצד אנו יודעים איך היו בכלל ריאות הדינוזאורים,
מאחר וכל מה שנשאר מדינוזאור הם שלדים מאובנים?
השיטה בה אנו משתמשים נקראת "אישכול פילוגנטי של מינים קיימים".
זו דרך מפונפנת לומר שאנו לומדים אנטומיה --
ספציפית במקרה הזה, את הריאות והשלד --
מהצאצאיים החיים של הדינוזאורים בעץ האבולוציוני.
אז אנו מסתכלים על האנטומיה של ציפורים,
שהן צאצאים ישירים של דינוזאורים,
ומסתכלים על האנטומיה של קרוקודילים,
שהם קרובי משפחתם הקרובים ביותר שחיים כיום,
ואז אנו מסתכלים על האנטומיה של לטאות וצבים,
שאותם אנו מחשיבים כמעין בני-דודים.
ואז אנו מיישמים את המידע האנטומי הזה בתיעוד המאובנים,
ואז אנו יכולים להשתמש בו על-מנת לבנות מחדש את הריאות של הדינוזאורים.
ובמקרה המסויים הזה,
שלדי הדינוזאורים מזכירים הכי הרבה את שלדי הציפורים המודרניות.
מכיוון שדינוזאורים התחרו עם יונקים קדומים בתקופת הזמן הזו,
חשוב להבין את המבנה הבסיסי של ריאות היונקים.
כמו-כן, על-מנת להכיר לכם את הריאות בכלליות,
אנחנו נשתמש בכלבה שלי, מילה מטרויה,
הפנים שהשיקו אלפי חטיפים,
כדוגמנית שלנו.
(צחוק)
הסיפור הזה מתרחש בתוך חלל החזה.
אני רוצה שתדמיינו את בית החזה של כלב.
חשבו על איך עמוד השדרה
לגמרי אופקי לאדמה.
כך עמוד השדרה עומד להראות
בכל בעליי-החיים שאנו נדבר עליהם,
בין אם הם הולכים על שתי רגליים
ובין אם על ארבע.
כעת אני רוצה שנטפס אל תוך בית החזה המדומיין ונביט למעלה.
זוהי תקרת בית החזה.
זהו המקום בו שטח הריאות העליון בא במגע פיזי ישיר
עם הצלעות והחוליות.
הממשק הזה הוא המקום בו סיפורנו מתרחש.
עכשיו אני רוצה שתדמיינו ריאות של כלב.
כלפי חוץ, הן כמו שק מתנפח ענק
בו כל חלקי השק מתרחבים בזמן שאיפה
ומתכווצים בזמן נשיפה.
בתוך השקית, ישנן סדרה של צינורות מסתעפים,
והצינורות הללו נקראים עץ הסימפונות.
הצינורות הללו מובילים את החמצן שנשאף אל הנֹאדִית (שק אוויר זעיר בריאות).
הם חוצים קרום דק אל תוך זרם הדם באמצעות דיפוזיה.
עכשיו, החלק הזה קריטי.
הריאה כולה של היונקים הינה ניידת.
זה אומר שהיא נעה לאורך כל תהליך הנשימה,
כך שהקרום הדק הזה, מחסום הדם-גז,
לא יכול להיות יותר מדי דק אחרת הוא ייקרע.
זכרו את מחסום הדם-גז מכיוון שעוד נחזור אליו.
אז, אתם עדיין איתי?
מכיוון שאנו מגיעים אל הציפורים וזה נהיה משוגע,
אז תחזיקו חזק.
(צחוק)
ציפור שונה לגמרי מיונק.
ואנו עומדים להשתמש בציפורים כדוגמניות שלנו
כדי לבנות מחדש את ריאות הדינוזאורים.
אצל הציפור,
אויר עובר דרך הריאה, אך הריאה לא מתרחבת או מתכווצת.
הריאה היא מקובעת,
היא בעלת מרקם של ספוג דחוס
והיא אינה גמישה ונעולה במקום שלה בחלקו העליון ובצדדים על ידי בית החזה
ובתחתית על ידי קרום אופקי.
היא מתאווררת בצורה חד-כיוונית
בעזרת סדרת מבנים גמישים דמויי שקים
המסתעפים מחוץ לעץ הסמנפונות,
מעבר לריאה עצמה,
והם נקראים כריות אוויר.
עכשיו, כל המבנה הרגיש מאוד הזה מקובע במקום
על-ידי סדרה של צלעות מפוצלות
לכל אורך תקרת בית החזה.
כמו-כן, במינים רבים של ציפורים,
שלוחות עולות מן הריאה
וכריות האוויר,
הן עוברות את רקמות השלד --
לרוב את החוליות, לפעמים את הצלעות --
ונועלות את מערכת הנשימה במקום.
"פְּנֵאוּמָטִיה חוליתית".
הצלעות המפוצלות והפנאומטיה החוליתית
הם שני רמזים שאנו יכולים לצוד אחריהם בתיעוד המאובנים,
מכיוון ששתי תכונות השלד האלו
יצביעו על כך שאיזורים במערכת הנשימה של הדינוזאורים
הינם מקובעים.
עיגון זה של מערכת הנשימה
סייע באבולוציה של הדקקות מחסום הדם-גז,
הקרום הדק ההוא שחמצן פעפע דרכו אל תוך זרם הדם.
הנייחות הזו מאפשרת זאת מכיוון שמחסום דק הוא מחסום חלש,
והמחסום החלש היה נקרע אם הוא היה מאוורר נמרצות
כמו ריאת היונקים.
אז למה אכפת לנו מכל זה?
למה זה בכלל משנה?
חמצן מפעפע ביתר קלות דרך קרום דק,
וקרום דק הוא דרך אחרת להעשרת הנשימה
תחת תנאים דלי-חמצן --
תנאים דלי-חמצן כמו שהיו בתקופת הטריאס.
אז, אם לדינוזאורים אכן היו סוג הריאות הזה,
הם היו הרבה יותר מצויידים לנשום ביחס לכל שאר בעלי-החיים,
כולל יונקים.
אתם זוכרים את שיטת ה"אישכול פילוגנטי לפי מינים קיימים"
בה אנו לוקחים את האנטומיה של בעלי-חיים מודרניים,
ומיישמים אותה בתיעוד המאובנים?
אז, רמז מספר אחת היה הצלעות המפוצלות של ציפורים מודרניות.
ובכן, אנחנו מוצאים את זה ברוב הדינוזאורים.
אז זה אומר שחלקן העליון של ריאות הדינוזאורים
יהיה מקובע במקום.
בדיוק כמו בציפורים מודרניות.
רמז מספר שתיים הוא פנאומטיה חוליתית.
אנחנו מוצאים זאת בדינוזאורים מסוגי זאורופודה ותרופודה,
שהיא הקבוצה המכילה דינוזאורים טורפים
והיוו בסיס לציפורים מודרניות.
ובעוד שאנו לא מוצאים הוכחה לרקמת ריאה מאובנת בדינוזאורים,
פנאומטיה חוליתית מעניקה לנו הוכחה למה הריאה עשתה
במהלך חייהם של בעלי-החיים האלו.
רקמת ריאה או רקמה של כרית אוויר פלשה אל החוליות,
חוררה אותן בדיוק כמו בציפור המודרנית,
ונעלה איזורים במערכת הנשימה במקומם,
ולא אפשרה ניידות.
הריאות המפוצלות
והפנאומטיה החוליתית יחדיו
יצרו מסגרת נייחת ונוקשה
שנעלה את מערכת הנשימה במקומה
שאפשרה את האבולוציה של מחסום הדם-גז המאוד דקיק, מאוד רגיש
שאנו רואים כיום בציפורים מודרניות.
ההוכחה למגבלות הנוקשות האלו בריאת הדינוזאורים
אומרת כי הסבירות לפתח ריאה
שתהיה מסוגלת לנשום
תחת אטמוספירה היפוקסית, או דלת-חמצן, של תקופת הטריאס.
המבנה השלדי הנוקשה הזה בדינוזאורים היה מאפשר להם
יתרון הסתגלות משמעותי על פני שאר בעליי-החיים, ביחוד היונקים,
שהריאות שלהם לא היו מספיק גמישות כדי להסתגל
לאטמוספירה ההיפוקסית, או דלת-החמצן, של תקופת הטריאס.
האנטומיה הזו עשויה הייתה להיות נשקם הסודי של הדינוזאורים
שהעניק להם את היתרון הזה על פני שאר היצורים החיים.
וזה נותן לנו קרש קפיצה מצויין
להתחיל לחקור את ההשערה של הגיוון בדינוזאורים.
זהו הסיפור של תחילתם של הדינוזאורים,
וזוהי רק ההתחלה של סיפור החקר שלנו אל תוך הנושא הזה.
תודה רבה.
(מחיאות כפיים)
हम सब के बारे में सुना है डायनासोर कैसे मरे।
जो कहानी मैं आपको बताने जा रहा हूँ
200 मिलियन वर्ष से अधिक काल हुआ डायनासोर विलुप्त होने से पहले।
यह कहानी शुरू होती है,
जब डायनासोर सिर्फ थे उनकी शुरुआत हो रही है।
सबसे बड़े रहस्यों में से एक विकासवादी जीव विज्ञान में
यही कारण है कि डायनासोर इतने सफल थे।
क्या उनके वैश्विक प्रभुत्व के लिए नेतृत्व किया इतने सालों से?
जब लोग सोचते हैं डायनासोर इतने अद्भुत क्यों थे,
वे आमतौर पर सबसे बड़े के बारे में सोचते हैं या सबसे छोटा डायनासोर,
या जो सबसे तेज था,
या जिनके पास सबसे अधिक पंख थे,
सबसे हास्यास्पद कवच, स्पाइक्स या दांत।
लेकिन शायद जवाब तो देना ही था उनकी आंतरिक शारीरिक रचना के साथ -
एक गुप्त हथियार, इसलिए बोलने के लिए।
मेरे सहकर्मी और मैं, हमें लगता है कि यह उनके फेफड़े थे।
मैं दोनों पैलियंटोलॉजिस्ट हूं और एक तुलनात्मक एनाटोमिस्ट,
और मुझे समझने में दिलचस्पी है
कैसे विशेष डायनासोर फेफड़े उन्हें ग्रह पर ले जाने में मदद की।
इसलिए हम वापस पिछे जा रहे हैं 200 मिलियन वर्ष से अधिक
त्रैमासिक अवधि के लिए।
पर्यावरण बेहद कठोर था,
फूलों के पौधे नहीं थे,
तो इसका मतलब है कि घास नहीं थी।
तो एक परिदृश्य की कल्पना करो सभी देवदार के पेड़ों और फर्न से भरा।
एक ही समय पर, छोटी छिपकलियाँ थीं,
स्तनधारी, कीड़े,
और मांसाहारी भी थे और शाकाहारी सरीसृप -
सभी समान संसाधनों के लिए प्रतिस्पर्धा कर रहे हैं
इस कहानी के लिए महत्वपूर्ण
क्या ऑक्सीजन के स्तर का अनुमान लगाया गया है 15 प्रतिशत तक कम रहा,
आज के 21 प्रतिशत की तुलना में।
तो यह निर्णायक होता डायनासोर सांस लेने में सक्षम होने के लिए
इस कम ऑक्सीजन वाले वातावरण में,
केवल जीवित रहने के लिए नहीं
लेकिन थ्राइव करने और विविधता लाने के लिए।
तो, हम कैसे जानते हैं डायनासोर के फेफड़े भी क्या थे,
एक डायनासोर के अवशेष के बाद से आम तौर पर इसका जीवाश्म कंकाल है?
जिस विधि का हम उपयोग करते हैं उसे कहा जाता है "एक्स्टेंट फ़ेग्लोजेनेटिक ब्रैकेटिंग।"
यह कहने का एक फैंसी तरीका है कि हम शरीर रचना विज्ञान का अध्ययन करते हैं -
विशेष रूप से इस मामले में, फेफड़े और कंकाल -
डायनासोर के जीवित वंशज विकासवादी पेड़ पर।
इसलिए हम पक्षियों की शारीरिक रचना को देखेंगे,
जो प्रत्यक्ष हैं डायनासोर के वंशज,
और हम देखेंगे मगरमच्छों की शारीरिक रचना,
जो उनके करीबी जीवित रिश्तेदार हैं,
और फिर हम देखेंगे छिपकली और कछुओं की शारीरिक रचना,
जो हम उनके चचेरे भाई की तरह सोच सकते हैं।
और फिर हम इन संरचनात्मक डेटा को लागू करते हैं जीवाश्म रिकॉर्ड के लिए,
और फिर हम उपयोग कर सकते हैं डायनासोर के फेफड़ों को फिर से संगठित करने के लिए
और इस विशिष्ट उदाहरण में,
सबसे करीब से डायनासोर के कंकाल जैसा कि आधुनिक पक्षियों का है।
इसलिए, क्योंकि डायनासोर प्रतिस्पर्धा कर रहे थे इस समय के दौरान शुरुआती स्तनधारी,
यह समझना महत्वपूर्ण है स्तनधारी फेफड़े का मूल खाका।
साथ ही, आपको फिर से बताने के लिए सामान्य रूप से फेफड़े,
हम ट्रॉय के अपने कुत्ते मिला का उपयोग करेंगे,
एक हजार उपचारों को शुरू करने वाला चेहरा,
हमारे मॉडल के रूप में।
(हँसी)
यह कहानी घटित होती है एक छाती गुहा के अंदर।
इसलिए मैं चाहता हूं कि आप कल्पना करें एक कुत्ते के काटने का निशान।
कैसे के बारे में सोचो रीढ़ की हड्डी कशेरुक स्तंभ
जमीन के लिए पूरी तरह से क्षैतिज है।
यह रीढ़ की हड्डी है कशेरुक स्तंभ होने जा रहा है
सभी जानवरों में हम इसके बारे में बात करेंगे,
चाहे वे दो पैरों पर चले
या चार पैर।
अब मैं चाहता हूं कि तुम भीतर चढ़ो काल्पनिक पंजर और ऊपर देखो।
यह हमारी वक्षीय छत है।
यह वह जगह है जहां फेफड़ों की ऊपरी सतह होती है सीधे संपर्क में आता है
पसलियों और कशेरुक के साथ।
यह इंटरफ़ेस कहाँ है हमारी कहानी घटित होती है।
अब मैं आपको कल्पना करना चाहता हूं एक कुत्ते के फेफड़े।
बाहर पर, यह पसंद है एक विशाल इन्फ्लेटबल बैग
जहां बैग के सभी भागों साँस लेना के दौरान विस्तार
और साँस छोड़ने के दौरान अनुबंध।
बैग के अंदर, एक श्रृंखला है शाखाओं में बन्द करना,
और इन ट्यूबों को कहा जाता है ब्रोन्कियल ट्री।
ये नलियाँ फंसी हुई ऑक्सीजन पहुँचाती हैं, अंत में, वायुकोशीय।
वे एक पतली झिल्ली के ऊपर से गुजरते हैं प्रसार द्वारा रक्तप्रवाह में।
अब, यह हिस्सा महत्वपूर्ण है।
संपूर्ण स्तनधारी फेफड़े मोबाइल हैं।
इसका मतलब है कि यह चल रहा है पूरी श्वसन प्रक्रिया के दौरान,
ताकि पतली झिल्ली, रक्त-गैस अवरोधक,
बहुत पतला नहीं हो सकता है या यह टूट जाएगा।
अब, रक्त-गैस अवरोध को याद रखें, क्योंकि हम इस पर लौट आएंगे।
तो, तुम अब भी मेरे साथ हो?
क्योंकि हम पक्षी शुरू कर रहे हैं और यह पागल हो जाता है,
इसलिए अपने चूतड़ पकड़ लो।
(हँसी)
पक्षी पूरी तरह से अलग है स्तनपायी से।
और हम मॉडल के रूप में पक्षियों का उपयोग करेंगे
डायनासोर के फेफड़ों को फिर से संगठित करने के लिए।
तो पक्षी में,
हवा फेफड़ों से होकर गुजरती है, लेकिन फेफड़े का विस्तार या संकुचन नहीं होता है।
फेफड़ों को स्थिर किया जाता है,
इसमें घने स्पंज की बनावट है
और यह अनम्य है और जगह में बंद है रिबेक द्वारा शीर्ष और पक्षों पर
और तल पर एक क्षैतिज झिल्ली द्वारा।
यह तब अप्रत्यक्ष रूप से हवादार है
लचीला की एक श्रृंखला द्वारा, बैग की तरह संरचनाओं
ब्रोन्कियल ट्री की वह शाखा,
फेफड़ों से परे,
और इन्हें वायु थैली कहा जाता है।
अब, यह पूरी तरह से नाजुक सेटअप जगह पर बंद है
कांटेदार पसलियों की एक श्रृंखला द्वारा
सभी वक्ष छत के साथ।
इसके अलावा, पक्षियों की कई प्रजातियों में,
विस्तार फेफड़े से उत्पन्न होता है
और हवा थैली,
वे कंकाल के ऊतकों पर आक्रमण करते हैं -
आमतौर पर कशेरुक, कभी-कभी पसलियों -
और वे श्वसन को बंद कर देते हैं जगह में व्यवस्था।
और यह कहा जाता है "कशेरुक वायवीयता।"
कांटेदार पसलियां और कशेरुक वायवीयता
दो सुराग हैं जिनके लिए हम शिकार कर सकते हैं जीवाश्म रिकॉर्ड में,
क्योंकि ये दो कंकाल लक्षण हैं
संकेत मिलता है कि क्षेत्रों डायनासोर की श्वसन प्रणाली
स्थिर होते हैं।
यह श्वसन प्रणाली की एंकरिंग करता है
विकास को सुगम बनाया रक्त-गैस अवरोध के पतले होने पर,
वह पतली झिल्ली जिस पर ऑक्सीजन रक्तप्रवाह में फैल रहा था।
गतिहीनता इसकी अनुमति देती है क्योंकि एक पतली बाधा एक कमजोर अवरोध है,
और कमजोर बाधा टूटना होगा अगर यह सक्रिय रूप से हवादार किया जा रहा था
स्तनधारी फेफड़े की तरह।
तो हम परवाह क्यों करते हैं?
यह भी क्यों मायने रखता है?
ऑक्सीजन अधिक आसानी से फैलता है एक पतली झिल्ली के पार,
और एक पतली झिल्ली एक तरह से है श्वसन में वृद्धि करना
कम ऑक्सीजन की स्थिति के तहत -
कम ऑक्सीजन की स्थिति जैसे कि ट्राइसिक काल।
तो, अगर डायनासोर वास्तव में किया था इस प्रकार का फेफड़ा है,
वे साँस लेने के लिए बेहतर सुसज्जित होंगे अन्य सभी जानवरों की तुलना में,
स्तनधारियों सहित।
तो क्या आपको याद है एक्स्टेंट वंशावली ब्रैकेट विधि
जहां हम शरीर रचना विज्ञान लेते हैं आधुनिक जानवरों की,
और हम इसे जीवाश्म रिकॉर्ड के लिए लागू करते हैं?
तो, सुराग नंबर एक आधुनिक पक्षियों की कांटेदार पसली थी।
ठीक है, हम बहुत अधिक में पाते हैं डायनासोर के बहुमत।
तो इसका मतलब है कि शीर्ष सतह डायनासोर के फेफड़े
जगह में बंद कर दिया जाएगा,
आधुनिक पक्षियों की तरह।
सुराग नंबर दो कशेरुका वायवीयता है।
हम इसे सरूपोड डायनासोर में पाते हैं और थेरोपोड डायनासोर,
वह समूह है जिसमें सम्‍मिलित है शिकारी डायनासोर
और आधुनिक पक्षियों को जन्म दिया।
और जब हमें सबूत नहीं मिलते जीवाश्म फेफड़े के ऊतकों में डायनासोर,
कशेरुक वायवीयता हमें प्रमाण देती है फेफड़ा क्या कर रहा था
इन जानवरों के जीवन के दौरान।
फेफड़े के ऊतक या वायु थैली ऊतक कशेरुक पर आक्रमण कर रहा था,
उन्हें खोखला करना एक आधुनिक पक्षी की तरह,
और लॉकिंग क्षेत्र श्वसन प्रणाली में जगह,
उन्हें स्थिर करना।
कांटेदार पसली
और कशेरुक वायवीयता
एक स्थिर बना रहे थे, कठोर ढांचा
कि सांस बंद कर दिया जगह में व्यवस्था
उस के विकास की अनुमति दी सुपरथिन, सुपरडेलिकेट ब्लड-गैस बैरियर
कि हम आज आधुनिक पक्षियों में देखते हैं।
इस सीधे साक्ष्य के सबूत डायनासोर में फेफड़े
इसका मतलब है कि उनके पास था फेफड़ों को विकसित करने की क्षमता
वह साँस लेने में सक्षम होता
हाइपोक्सिक, या कम ऑक्सीजन के तहत, ट्राइसिक काल का वातावरण।
डायनासोरों में यह कठोर कंकाल सेटअप है उन्हें दिया होता
एक महत्वपूर्ण अनुकूली लाभ अन्य जानवरों पर, विशेष रूप से स्तनधारियों,
जिनके लचीले फेफड़े को अनुकूलित नहीं किया जा सकता था
हाइपोक्सिक, या कम ऑक्सीजन, ट्राइसिक का वातावरण।
यह शरीर रचना विज्ञान हो सकता है डायनासोर का गुप्त हथियार
इससे उन्हें वह फायदा हुआ अन्य जानवरों पर।
और यह हमें एक उत्कृष्ट लॉन्चपैड देता है
परिकल्पना का परीक्षण शुरू करने के लिए डायनासोर विविधीकरण की।
की कहानी है डायनासोर की शुरुआत,
और यह सिर्फ कहानी की शुरुआत है इस विषय में हमारे शोध।
धन्यवाद।
(तालियां)
Azt mindannyian tudjuk, hogyan haltak ki a dinoszauruszok.
Egy 200 millió évvel ezelőtti történetet
fogok elmondani önöknek, azelőttről, hogy a dinoszauruszok kihaltak volna.
A történet akkor kezdődött,
amikor a dinoszauruszok még épp csak megjelentek.
Az evolúciós biológia egyik legnagyobb rejtélye,
hogy vajon miért voltak ennyire sikeresek a dinoszauruszok.
Mi vezetett sok éven át tartó erőfölényükhöz a bolygón?
Amikor a dinoszauruszok nagyszerűségére gondolunk,
általában azt vesszük számba, melyikük volt a legnagyobb vagy a legkisebb,
melyikük volt a leggyorsabb,
melyiküknek volt a legtöbb tolla,
legkülönösebb páncélja, tüskéje vagy foga.
Ám a válasz talán a belső anatómiájukban rejlik –
egy titkos fegyverben, hogy úgy mondjam.
A kollégáimmal úgy hisszük, a tüdejük lehetett az.
Végzettségemet tekintve paleontológus és összehasonlító anatómus vagyok,
és azt szeretném megérteni,
hogy a specializálódott tüdő hogyan segítette őket, hogy uralják a bolygót.
Szóval visszaugrunk 200 millió évet
a triászba.
A környezet elég zord volt,
nem voltak virágos [zárvatermő] növények,
így fű sem nőtt.
Képzeljenek el egy fenyőfákkal és páfrányokkal borított vidéket.
Ugyanakkor akadtak kis gyíkok,
emlősök, rovarok,
továbbá hús- és növényevő hüllők –
mind ugyanazokért az erőforrásokért versengve.
Nagyon lényeges a történetben,
hogy az oxigénszint nagyjából 15%-os volt,
összehasonlítva a mai 21%-kal.
Fontos volt a dinoszauruszok számára, hogy képesek legyenek lélegezni
ilyen alacsony oxigénszint mellett is,
nemcsak hogy túléljenek,
de az egyed- és törzsfejlődés szempontjából is.
Honnan tudjuk egyáltalán, milyen volt a dinoszauruszok tüdeje,
mikor a dinoszauruszokból általában csak megkövesedett csontvázuk maradt meg?
A módszernek, amit használtunk, EPB, "fennmaradó filogenetikai konzol" a neve.
Így mondják azt felvágósan, hogy anatómiai vizsgálatokat végezünk
olyan ma élő fajokon, amelyek a dinoszauruszok leszármazottjai,
jelen esetben kimondottan tüdejükön és a csontvázukon.
Megnéztük a madarak anatómiáját,
mert ők a dinoszauruszok egyenesági leszármazottai,
és a krokodilokat is tanulmányoztuk,
mivel ők a legközelebbi élő rokonaik,
továbbá a gyíkok és teknősök anatómiáját is vizsgáltuk,
rájuk unokatestvérként gondolhatunk.
Az így szerzett anatómiai adatokat alkalmazzuk a fosszilis rekordokra,
így pedig rekonstruálhatjuk a dinoszauruszok tüdejét.
Ebben a specifikus esetben
a dinoszauruszok csontváza leginkább a mai madarakéhoz hasonlít.
Mivel a dinoszauruszok akkoriban a korai emlősökkel vetélkedtek,
fontos megértenünk, hogy az emlősök tüdeje hogyan is működött.
Ismerkedjünk meg a tüdővel úgy, általában,
ehhez kutyámat, a trójai Milát fogjuk használni modellként,
akinek egyszerűen nem lehet ellenállni, ahogy Helénának sem lehetett.
(Nevetés)
Ez a történet egy mellkasban zajlik.
Szeretném, ha elképzelnék egy kutya bordakosarát.
Gondolják át: a gerincoszlop
teljesen párhuzamos a földdel.
Ugyanígy áll a gerincoszlop
minden olyan állat esetében, amelyről beszélni fogunk,
akár két lábon,
akár négy lábon jár.
Most másszanak be e képzeletbeli bordakosárba, és nézzenek fel.
Ez a mellüreg boltozata.
A tüdő felső felszíne, itt kerül direkt kapcsolatba
a bordákkal és csigolyákkal.
Ez az a felület, ahol a történetünk játszódik.
Képzeljék el egy kutya tüdejét.
Kívülről olyan, mint egy óriási felfújható zsák,
amely belégzéskor kitágul,
kilégzéskor összehúzódik.
A zsák belsejében csövek ágaznak fraktálszerűen szanaszét,
ezeket a csöveket hívják hörgőfának.
Ezek a csövek szállítják a belélegzett oxigént végül a tüdőhólyagocskákba.
Az oxigén egy vékony hártyarétegen keresztül, diffúzióval jut be a véráramba.
Ezen a részen múlik minden.
Az emlősök tüdejének egésze mozgásban van.
Ez azt jelenti, hogy a légzés során állandó mozgásban van,
így ez a vékony hártya, a vér-levegő gát
nem lehet túl vékony, különben összeomlik.
Véssék az eszükbe a vér-levegő gátat, mert fogunk még beszélni róla.
Tudnak követni?
Mert most jönnek a madarak, az pedig őrületes lesz,
kössék fel a fehérneműjüket.
(Nevetés)
A madarak teljesen másak, mint az emlősök.
Madarakat fogunk modellként használni
a dinoszauruszok tüdejének rekonstruálásához.
A madarakban
a levegő áthalad a tüdőn, ám a tüdő nem tágul és zsugorodik össze.
A tüdő mozdulatlan,
az állaga, mint a tömött szivacs, rugalmatlan,
be van zárva felülről és oldalról a bordakosár,
alulról pedig egy vízszintes hártya által határolt részbe.
Ebben az egyirányú szellőzést
a hörgőfáról leágazó, légzsákhoz hasonló
rugalmas struktúrák sorozat biztosítják
magán a tüdőn kívül,
– és ezeket hívjuk légkamráknak.
Na most, ennek az egész, hihetetlenül kifinomult berendezésnek a helyzete fix,
mivel egy csomó, a mellüreg felső részén húzódó
kettéágazó borda – villacsont – a helyében tartja.
Sok madárfaj
tüdejének és a légzsákoknak is
vannak kinövései,
amelyek benyúlnak a csontok szövetébe –
általában a csigolyákba, néha a bordákba –,
és ezek fixálják a légzőszerv helyzetét.
Ezek a légtartalmú, üreges csigolyák.
A villacsontok és üreges csigolyacsontok olyan nyomok,
amelyeket érdemes keresnünk a fosszilis rekordok között,
mert a csontváz ezen jellegzetességei
arra utalnának, hogy a dinoszauruszok légzőszerve
mozdulatlan.
A légzőrendszer kötöttsége
elősegítette a vér-levegő gát elvékonyodásának evolúcióját
– ez az a vékony hártya, amelyen át az oxigén a véráramba diffundál.
A mozdulatlanság ezt megengedte. A vékony gát egyben gyenge gát is,
a gyenge gát átszakadna, ha olyan erős légáramlásnak volna kitéve,
mint egy emlős tüdeje.
Hogy ez miért érdekes?
Miért számít egyáltalán?
Az oxigén sokkal könnyebben diffundál át egy vékony hártyán,
és a vékony hártya egyben az egyik módja, hogy alacsony oxigéntartalmú környezetben
hatékonyabbá tegye a légzést –
olyan környezetben, mint ami a triászt jellemezte.
Szóval ha a dinoszauruszoknak valóban ilyen tüdejük volt,
a légzés jobban ment nekik, mint bármelyik másik állatnak,
beleértve az emlősöket is.
Emlékeznek a "fennmaradó filogenetikai konzolra",
ahol fogjuk a mai állatok anatómiáját,
és ráillesztjük a kövületekére?
Az egyes számú nyom a mai madarak villacsontja.
A legtöbb dinoszaurusznál ez megtalálható.
Vagyis a dinoszauruszok tüdejének felszíne
ugyanúgy rögzített,
mint a mai madaraké.
A második nyom az üreges csigolya.
A sauropodáknál és a theropodáknál találunk ilyen jellegzetességet,
és az ő csoportjukban találhatóak a ragadozó dinoszauruszok is,
és ebből a csoportból erednek a mai madarak.
Bár nem leltünk eddig megkövült dinoszaurusz tüdőszövetekre,
az üreges csigolyák bizonyítják, hogyan működött
ezen állatok tüdeje életük során.
A tüdőszövetek vagy a légzsák szövetei benyúltak a csigolyákba,
üregeket képezve, mint a mai madaraknál is,
és a légzőrendszert mozdulatlan pozícióba,
egyhelybe rögzítették.
A villás bordacsontok
és az üreges csigolyák együtt
egy mozdulatlan, rideg keretet hoztak létre,
amely fixálta a légzőrendszer helyzetét,
lehetővé tette az extrém vékony és finom vér-levegő gát evolúcióját,
amely a mai madarak jellemzője is.
Ez a bizonyíték, hogy a dinoszauruszok tüdeje "kényszerzubbonyban" volt,
azt jelenti, hogy képesek voltak olyan tüdőt kifejleszteni,
amellyel lélegezhettek
a triász oxigénhiányos vagy alacsony oxigéntartalmú légkörében.
Az alkalmazkodás szempontjából a dinoszauruszok számára
a merev vázszerkezet előnyt jelentett más állatokkal, főleg az emlősökkel szemben,
amelyek rugalmas tüdeje nem tudott alkalmazkodni
a triász oxigénhiányos vagy alacsony oxigéntartalmú légköréhez.
Ez az anatómiai felépítés lehetett a dinoszauruszok titkos fegyvere,
amely előnyt biztosított számukra más állatokkal szemben.
Ez kiváló kiindulópont ahhoz is,
hogy elkezdjük elemezni a dinoszauruszok sokféleségével kapcsolatos hipotézisünket.
Ez a dinoszauruszok történetének kezdete,
és ezzel együtt a mi kutatásunknak is csupán az elejét jelenti.
Köszönöm.
(Taps)
Tutti noi abbiamo sentito di come sono morti i dinosauri.
La storia che vi voglio raccontare
risale a oltre 200 milioni di anni prima che si estinguessero i dinosauri.
Questa storia inizia
quando i dinosauri cominciavano ad apparire.
Uno dei più grandi misteri della biologia evolutiva
è come abbiano fatto i dinosauri a essere una specie dominante.
Che cosa gli ha permesso di imporsi per così tanti anni?
Quando ci si chiede perché i dinosauri fossero così incredibili,
generalmente si pensa al più grande o al più piccolo,
o al più veloce,
o a chi aveva più piume,
la corazza, gli aculei o le zanne più impensabili.
Ma forse la risposta aveva a che fare con l'anatomia interna,
un'arma segreta, per così dire.
Io e i miei colleghi crediamo che fosse per i loro polmoni.
Sono paleontologa e anatomista comparativa,
e mi interessa capire
come i polmoni dei dinosauri li abbiano aiutati a colonizzare il mondo.
Quindi facciamo un passo indietro di 200 milioni di anni,
al periodo Triassico.
L'ambiente era estremamente duro,
le piante non fiorivano,
e questo significa che non c'era erba.
Per cui immaginiamoci un paesaggio pieno di conifere e felci.
Contemporaneamente si trovavano piccole lucertole,
mammiferi, insetti,
e anche rettili carnivori ed erbivori,
tutti in competizione per le stesse risorse.
È fondamentale sapere
che i livelli di ossigeno sono stati stimati a un 15%,
rispetto al 21% di oggi.
Per cui sarebbe stato determinante per i dinosauri riuscire a respirare
in questo ambiente a basso livello di ossigeno,
non solo per sopravvivere,
ma per prosperare e diversificarsi.
Per cui, come facciamo a sapere com'erano i polmoni dei dinosauri,
dal momento che tutto quello che ci rimane dei dinosauri sono scheletri fossili?
Il metodo che usiamo si chiama "bracketing filogenetico",
che è un modo carino per dire che studiamo l'anatomia,
in questo caso specifico i polmoni e lo scheletro,
dei discendenti viventi dei dinosauri nell'albero evolutivo.
Per cui esaminiamo l'anatomia degli uccelli,
i discendenti diretti dei dinosauri,
ed esaminiamo l'anatomia dei coccodrilli,
che sono i parenti viventi più prossimi,
ed esaminiamo l'anatomia delle lucertole e delle tartarughe,
che consideriamo loro cugini.
E poi applichiamo questi dati anatomici ai resti fossili
e li usiamo per ricostruire i polmoni dei dinosauri.
In questo caso specifico, ad esempio,
lo scheletro dei dinosauri sembra quello di un uccello di oggi.
All'epoca i dinosauri erano in competizione con i primi mammiferi,
quindi è importante capire
il funzionamento dei polmoni dei mammiferi.
Inoltre, per farvi rispolverare il funzionamento dei polmoni,
useremo il mio cane Mila di Troia,
con il muso che le fa ricevere migliaia di dolcetti,
come nostra modella.
(Risate)
Questa storia inizia in una cavità toracica.
Vi chiedo di visualizzare la cassa toracica di un cane.
Pensate a come la colonna vertebrale
sia completamente parallela al suolo.
Questa è la colonna vertebrale
che hanno tutti gli animali di cui stiamo parlando,
siano essi bipedi
o quadrupedi.
Adesso vi chiedo di entrare nella cassa toracica immaginaria
e di guardare in alto.
Questa è la parete toracica.
Dove la parte superiore dei polmoni viene a contatto
con le costole e le vertebre.
Qui è dove è ambientata la nostra storia.
Adesso voglio che visualizziate i polmoni di un cane.
All'esterno sono grandi sacchi gonfiabili
in cui tutta la superficie si espande durante l'inspirazione
e si contrae durante l'espirazione.
Nel sacco ci sono una serie di piccoli condotti ramificati,
e questi condotti sono l'albero bronchiale.
Questi condotti portano l'ossigeno inalato agli alveoli.
Attraversano una piccola membrana e si diffondono nel flusso sanguigno.
Ora, questa parte è cruciale.
L'intero polmone del mammifero è mobile.
Significa che si muove durante l'intero processo di respirazione,
per cui la membrana sottile, la barriera emato-aerea,
non può essere troppo sottile, altrimenti si romperebbe.
Tenetevi a mente questa barriera, ci ritorneremo.
Ci siamo fin qui?
Ora iniziamo a parlare di uccelli e le cose si complicano,
quindi, tenetevi forte.
(Risate)
Gli uccelli sono completamente diversi rispetto ai mammiferi.
E useremo gli uccelli come modello
per ricostruire i polmoni di un dinosauro.
Negli uccelli,
l'aria passa attraverso i polmoni, che non si espandono né si contraggono.
I polmoni sono immobilizzati,
hanno la consistenza di una densa spugna,
non si espandono e sono bloccati in alto e ai lati dalla cassa toracica
e in basso da una membrana orizzontale.
Vengono ventilati in modo unidirezionale
da una serie di strutture flessibili a forma di sacco
che si diramano a partire dall'albero bronchiale,
oltre il polmone stesso,
e si chiamano sacchi aeriferi.
Tutto questo sistema estremamente fragile
è tenuto fermo
da una serie di costole uncinate
lungo tutta la parete toracica.
Inoltre, in molte specie di uccelli,
delle protuberanze si allungano dai polmoni
e dai sacchi aeriferi,
invadono i tessuti scheletrici,
generalmente le vertebre, a volte le costole,
e tengono fermo l'apparato respiratorio.
Questa si chiama "pneumaticità vertebrale".
Le costole uncinate e la pneumaticità vertebrale
sono due indizi che possiamo cercare nei resti fossili,
perché questi due tratti scheletrici
indicherebbero le zone del sistema respiratorio dei dinosauri
che sono immobilizzate.
Questo ancoraggio del sistema respiratorio
ha facilitato il progresso dell'assottigliamento
della barriera emato-aerea,
quella piccola membrana attraverso la quale
l'ossigeno si diffondeva nel flusso sanguigno.
L'immobilità lo consente perché una barriera sottile è debole,
e la barriera debole si romperebbe se fosse attivamente ventilata
come nel polmone di un mammifero.
Quindi perché ci interessa?
Perché ha importanza?
L'ossigeno si diffonde più facilmente attraverso una membrana sottile,
e una membrana sottile è un modo per migliorare la respirazione
quando il livello di ossigeno è basso,
come nel periodo Triassico.
Quindi, se i dinosauri avevano questo tipo di polmoni,
erano meglio equipaggiati per respirare rispetto agli altri animali,
mammiferi inclusi.
Vi ricordate il metodo di bracketing filogenetico,
dove si studia l'anatomia degli animali moderni,
e la si applica sui resti fossili?
Quindi, l'indizio numero uno erano le costole uncinate
degli uccelli moderni.
Le abbiamo ritrovate nella maggior parte dei dinosauri.
Questo significa che la parte superiore dei polmoni dei dinosauri
doveva essere bloccata,
come quella degli uccelli di oggi.
Il secondo indizio è la pneumaticità vertebrale.
La troviamo nei sauropodi e nei teropodi,
il gruppo che comprende i dinosauri predatori,
e che ha dato origine agli uccelli.
E sebbene non si abbia evidenza
di tessuto polmonare fossilizzato nei dinosauri,
la pneumaticità vertebrale ci dà prova di quello che faceva il polmone
durante la vita dell'animale.
Il tessuto polmonare o il tessuto dei sacchi aeriferi invadeva le vertebre,
svuotandole come quelle degli uccelli moderni,
fissando al proprio posto il sistema respiratorio,
e immobilizzandolo.
Le costole uncinate,
unitamente alle vertebre pneumatiche,
hanno creato una struttura rigida immobilizzata
che teneva bloccato il sistema respiratorio,
che consentiva l'evoluzione
di questa membrana ultrasottile,
molto delicata,
che è la barriera emato-aerea
che vediamo negli uccelli moderni.
L'esistenza di questa camicia di forza per i polmoni nei dinosauri
significa che essi avevano la capacità di sviluppare dei polmoni
che sarebbero stati in grado di respirare
in condizioni di atmosfera ipossica, o povera di ossigeno come nel Triassico.
Questa rigida conformazione scheletrica dei dinosauri avrebbe dato loro
un deciso vantaggio adattivo rispetto ad altri animali,
specialmente ai mammiferi,
i cui polmoni elastici non potevano adattarsi
all'atmosfera del Triassico ipossica e povera di ossigeno.
Questa anatomia potrebbe essere stata l'arma segreta dei dinosauri
che ha dato loro un vantaggio sugli altri animali.
E questo ci dà un buon punto di partenza
per cominciare a testare le teorie sulla diversificazione nei dinosauri.
Questa è la storia dell'inizio dei dinosauri,
ed è solo l'inizio della storia della nostra ricerca su questo argomento.
Grazie
(Applausi)
恐竜がどのように滅んだのか 皆さんご存知ですね
これから私がするお話は
恐竜が絶滅する２億年ほど前のことです
物語の始まりは
恐竜が現れた時です
進化生物学における 大きな謎の１つは
なぜ恐竜はあんなに繁栄できたのか ということです
長きにわたって地球に君臨できたのは なぜなのでしょう
恐竜のすごさの理由を考えるとき
多くの人が思い浮かべるのは 一番大きな恐竜や 小さな恐竜
すばしっこい恐竜
羽毛の多い恐竜
すごく変わったヨロイやトゲや牙を 持った恐竜のことです
しかし 答えは恐竜の体の内部構造に あったのかもしれません
言うなれば「秘密兵器」です
私の研究仲間は それが肺であったと考えています
古生物学者であり 比較解剖学者でもある私が
興味を持ち 解明しようとしているのは
恐竜の独特な肺が 地球を支配するのに どう役立ったのか ということです
２億年以上前の
三畳紀まで時を戻しましょう
生物を取り巻く環境は 過酷なものでした
花を咲かせる植物はなく
草も存在しなかった ということです
マツやシダ類で覆われた大地を 想像してください
当時生息していたのは 小さなトカゲや
哺乳類や昆虫
肉食性や草食性の爬虫類で
限られた食料をめぐって 競い合っていました
この話に欠かすことができないのが
大気中の酸素濃度が 15％と推定され
現在の21％より ずっと低かったことです
恐竜にとって極めて重要だったのは
この低酸素の環境で 呼吸しつつ
生存するだけでなく
繁栄し 多様化するということでした
では 恐竜の肺がどうなっていたかは どうすれば分かるのでしょうか？
残された手掛かりは 化石化した骨格だけなのです
私たちが使う手法は 「現生系統ブラケッティング法」で
難しく聞こえますが 生物の構造を調べる手法です
今回のケースでは 特に肺と骨格に着目し
系統図上の現存する 恐竜の子孫を調べます
我々が注目するのは 鳥類の体の構造です
鳥類は 恐竜の直接の子孫と言えます
それからワニ類です
現存する生物の中で 最も近い親戚です
そしてさらに トカゲと亀が続きます
恐竜のいとことも 呼べる存在です
これらの生き物の体の構造を 恐竜の化石に照らし合わせることで
恐竜の肺の構造を 再構成できます
この例で言うと
骨格が恐竜と最も似ているのは 現代の鳥類です
恐竜は当時 初期の哺乳類と 生存競争していたので
哺乳類の肺の基本的なしくみを 知っておくことが大切です
一般的な肺の構造を 理解するために
私の愛犬 トロイアのミラを使いましょう
千のおやつを招く顔の
私たちのモデルです
（笑）
胸の内部にある空間が 舞台となります
犬の肋骨を思い描いてください
ここで脊柱は
地面に対して完全に 平行になっています
今から話に出てくる動物の脊柱は みんなそうです
二足歩行であれ
四足歩行であれ
想像上の肋骨の内側に入り 上を見て下さい
これが胸郭の天井です
肺の上部が 肋骨や脊椎に 直接触れる部分です
両者が交わるこの部分が 今からの話の舞台です
まず 犬の肺を 思い浮かべて下さい
肺の外側は 空気で膨らむ大きな袋のようです
息を吸うと 袋のすべての部分が膨らみ
息を吐くと縮みます
袋の中には 枝分かれした管があり
「気管支樹」と言います
吸い込んだ酸素は この管を通って肺胞まで運ばれ
薄い膜を通って 血液の中へと拡散されます
重要なのはここです
哺乳類の肺は 全体が動きます
呼吸をしている間 ずっと 肺は動いていて
そのため この血液空気関門という膜は
薄すぎると破れてしまいます
血液空気関門のことは また出てくるので 覚えていてください
ついて来れてますか？
次は鳥類の話をしますが 本当にすごいことになるので
覚悟してください
（笑）
鳥類は哺乳類とは 全く異なります
鳥類をモデルにして
恐竜の肺を再構成してみます
鳥の体内では
空気は肺を通りますが 肺は伸縮しません
動かない 密度の高いスポンジのようで 柔軟性はなく
上と横は肋骨で 下は水平な膜で 固定されています
空気の流れは一定方向で
柔軟な袋状のものを使って 換気しています
この袋は 気管支樹から枝分かれして
肺の先にあり
気嚢と呼ばれています
この非常にデリケートな 造りの全体が
胸郭の天井に沿って連なる フォーク状の肋骨で固定されています
また 多くの鳥類の体内では
肺や気嚢から伸び出した組織が
骨組織にまで入り込んでいて
通常は脊椎 時には肋骨にまで伸び
呼吸器官をしっかりと固定します
これを「脊椎中空性」と言います
分岐した肋骨と 脊椎中空性
この２つの手がかりを 化石の中に探してみましょう
骨格にこれらの形質があれば
恐竜の呼吸器官の部位が
動かなかったことが分かります
呼吸器官が固定されることにより
血液空気関門が薄くなるという 進化が促進されました
あの酸素を血流中に拡散する 薄い膜のことです
動かないので 薄くてもよくなりました
薄い 弱い膜だと 哺乳類の肺のように 呼吸の度に動けば 破れてしまいます
なぜ それを気にかけるのか？
そもそも重要なことなのか？
膜が薄いほど 酸素は 拡散しやすくなります
膜を薄くすると 呼吸し易くなるのです
酸素が薄くても
三畳紀のような 酸素が薄い環境であっても
恐竜達が実際に このような肺を備えていたとすれば
他のどの動物よりも 呼吸において有利だったでしょう
哺乳類もかないません
「現生系統ブラケッティング法」は 覚えていますか
現存している動物の構造を
恐竜の化石に照らし合わせる方法でしたね
最初の手掛かりは 現在の鳥類に 見られる分岐した肋骨ですが
大半の恐竜は 肋骨が分岐していました
つまり 恐竜の肺の上面部は
しっかりと固定されていた ということです
現在の鳥類と同様に
次の手掛かりは「脊椎中空性」ですが
こちらは竜脚類と 獣脚竜に見られます
後者は肉食性の恐竜を含み
鳥類の祖先にあたります
恐竜の肺組織の化石が 見つからなくとも
「脊椎中空性」は生きた恐竜の肺が どういうものだったのかを
教えてくれます
肺組織や気嚢は 脊椎にまで入り込み
現在の鳥類のような 空洞を作り出し
呼吸器官をしっかりと固定し
動かないようにしたのです
分岐した肋骨と
脊椎中空性の２つが合わさって
動かない固い枠を作り出し
呼吸器官を固定することで
ごく薄い繊細な血液空気関門が 進化することを可能にし
これは現在の鳥類に 受け継がれています
恐竜の この固定された 肺の痕跡は
そういう肺の進化が 可能だったことを示しています
三畳紀のような低酸素の大気中でも よく呼吸が出来る肺です
恐竜の この固定された 骨格構造は
他の動物 特に哺乳類と比べて 適応上の大きな利点になりました
動く肺では 三畳紀の低酸素には うまく適応できなかったのです
この体の構造こそが 恐竜の隠れた武器だったのかもしれません
他のどんな動物にも勝る武器です
これを素晴らしい 取っ掛かりとして
恐竜の多様化の仮説を 検証していくことが出来ます
これは 恐竜の起源の物語ですが
この分野の研究の物語の 始まりに過ぎないのです
ありがとうございました
（拍手）
우리 모두는 공룡이 어떻게 멸종되었는지 알고 있습니다.
제가 지금 알려드리려고 하는 것은
공룡이 멸종되기 200만년 전에 일어난 일입니다.
이 이야기는 공룡이 태어난 바로
맨 처음부터 시작되었습니다.
진화 생물학에서 가장 큰 신비 중 하나는
왜 공룡들이 그렇게 성공적이었는가입니다.
무엇이 오랜 세월 동안 공룡이 전 세계를 지배할 수 있게 한 걸까요?
사람들이 공룡이 놀랍다고 생각하는 이유는
그들은 매우 크거나 또는 매우 작은 공룡이라고 생각하기 때문입니다.
빠른 것도 있다고 생각하고,
깃털이 많은 것도 있거나 아니면
우스꽝스러운 갑옷 피부, 뿔, 이빨이 있다고 생각하죠.
그러나 이에 대한 해답은 아마 해부학에 있을 것입니다.
비밀스러운 무기 같은 거죠.
저와 제 동료는 이 해답이 그들의 폐에 있다고 생각했습니다.
저는 고생물학자이면서 비교 해부학자이며,
저는 전문화된 공룡들이 폐가
어떻게 지구를 정복하는데 특별한 능력이 있었는지 관심있습니다.
우리는 200백만년 전인
트라이아스기로 거슬러 올라갑니다.
환경은 매우 환경은 매우 가혹하고
화훼식물은 없는데,
이 말은 풀이 없었다는 뜻입니다.
나무와 양치류로 가득찬 풍경을 상상해보세요.
같은 시간, 작은 파충류들이 보이고,
포유동물들과 곤충들
그리고 육식동물과 초식성 파충류등이 있습니다.
모두 같은 자원을 얻기위해 경쟁하는 것이죠.
여기서 대단히 중요한 사실은
산소의 농도가 15% 까지 낮았다는 것인데,
오늘날과 비교해도 상당히 낮은 수치죠.
그래서 저산소의 환경에서
공룡들이 숨쉬기 어려웠을 것입니다.
살아 남는 것 뿐만 아니라
잘 자라고 다양해 지는 것도 그렇지요.
그러면 공룡의 잔해들은 일반적으로 화석화된 뼈인데,
우리는 공룡의 폐가 어땠는지 어떻게 알수 있을까요?
우리는 "확장된 계통발생적 브라케팅" 이라는 방법을 사용합니다.
이 단어는, 특히 진화 계보에서
살아있는 공룡들 후손의 폐나 뼈를 연구한다고 말할 경우,
해부학을 연구한다고 말하는 멋진 방법입니다.
그래서 우리는 공룡의 직계후손인
새의 해부학적 구조를 살펴보고,
그리고 가장 가까운 친척인 악어들의
해부학적 구조를 살펴 보았으며,
마지막으로 공룡의 사촌이라고 여겨지는
도마뱀과 거북이의 해부학 구조를 살펴보았습니다.
그리고 우리는 그들의 해부 정보들을 화석 기록에 적용해서
공룡의 폐를 재구성하는 데 사용할 수 있습니다.
그리고 특정한 경우에
공룡들의 뼈대를 현대의 새들의 뼈대와 비슷하게 모읍니다.
이시기에는 공룡이 초기의 포유류들과 경쟁을 하고 있었기 때문에
포유류 폐의 기본 청사진을 이해하는 것이 중요합니다.
또한, 폐에 다시 소개하기 위해서
우리의 모델로서
매력적인 밀라를 사용하겠습니다.
제가 기르는 개죠.
(웃음)
이 이야기는 흉부 안쪽에서 일어납니다.
저는 개의 갈비뼈로 시각화 하고 싶은데요.
척추뼈 기둥이 어떻게 완벽하게
지면과 수평을 이루고 있는지 생각해보시기 바랍니다.
모든 동물들의 척추뼈 기둥이
이렇게 나타날 것인데, 이것은 그들이
두 발로 걸었는지, 네 발로 기었는지 말하는 겁니다.
이제 상상의 갈비뼈 안쪽으로 올라가서 한번 올려다 보실까요.
이곳은 흉부의 천장입니다.
여기는 폐의 윗 표면 늑골과 척추에
직접 접촉을 하게 됩니다.
이 공간이 우리가 말하는 이야기들이 일어나는 곳이죠.
이제, 저는 개의 폐를 시각화해보려고 합니다.
겉보기엔 모든 부분이 부풀어 오른 거대한 가방 같아서
흡입시에 팽창하고
숨을 내쉴때 수축합니다.
이 가방 안에는 가지모양의 튜브가 잇대어 있는데,
이것을 기관지 나무라고 합니다.
이 관들은 흡입된 산소들을 폐포에 전달합니다.
그들은 발산을 통해 얇은 막을 가로질러 혈류로 들어갑니다.
이 부분은 매우 중요합니다.
전체 포유류의 폐는 이동성이 있습니다.
이 말은 호흡과정내내 폐가 움직인다는 뜻인데요,
즉, 얇은 막인 '혈액-가스 장벽'이
너무 얇아지거나 깨질 수 없다는 것입니다.
이것은 다시 사용할 것이니 혈액-가스 장벽을 기억해주세요.
아직 그런가요?
우리는 이제 어려운 새에 대해 시작할 것입니다.
긴장하셔야합니다.
(웃음)
조류는 포유류와는 완벽하게 다릅니다.
그리고 공룡의 폐를 재구성하기 위한 모델로
새를 사용할 것입니다.
새의 몸속에서
공기가 폐를 통과하지만, 폐는 수축되거나 확장되지 않습니다.
폐가 고정되어 있는 것인데요.
촘촘한 스펀지같은 질감을 가지고 있습니다.
그리고 이것은 잘 구부러지지 않고 갈비뼈에 의해 위와 옆이 고정되어 있고
아래에 가로 막으로 고정되어 있습니다.
그리고 이것은 폐를 지나
기관지 나무에서 떨어져 나오는
유연하고 가방같은 일련의 구조물에 의해
한 방향으로 환기되어집니다.
공기 주머니라고 합니다.
이제, 이것은 전체가 극도로 섬세한 구조체가
흉부의 천장을 따라서
갈비뼈 무리에 고정되어 있습니다.
또한, 많은 종료의 새들에서
폐에서 공기주머니사이에서
일어나는 팽창은
그것은 골격 조직을 침범하는데
보통 척추뼈 또는 갈비뼈라고 불리는 부분이죠,
그리고 이 갈비뼈는 호흡기를 제자리에 고정시킵니다.
이것은 척추 기압이라고 불립니다.
이 나누어진 갈비뼈와 척추기압은
우리가 화석에 남겨진 기록에서 얻을 수 있는 두가지 단서입니다.
이유는, 이 두가지 특징은
공룡의 호흡기 계통이 움직이지 않았다는 것을
나타내기 때문입니다.
이 고정된 호흡기 계통의 특징은
산소가 혈류로 퍼지는 얇은 막이
혈류-가스 장벽을 얇게 만드는 진화가 가능하게했습니다.
얇은 장벽은 약하기 때문에 위치가 고정된 것 이런 것이 가능하게 하며.
그리고 약한 장벽은 포유류 폐처럼
환기를 시키면 파열될 것입니다.
우리는 이것을 왜 관리해야 할까요?
이게 많이 중요할까요?
산소는 얇은 막을 가로질러 쉽게 분산됩니다.
이런 얇은 막은 산소가 적을 때는
호흡을 증가시키려고 한 방향으로만 작동하죠
바로 트라이아스기의 산소의 양이 적었을 때 처럼이죠.
공룡이 정말로 폐와 같은 것을 가지고 있었다면
그것은 포유류를 통틀어서 다른 동물들과 비교하면
호흡하기 용이했을 것입니다.
이제 여러분은 현대 동물들의 해부학을 가져다가
화석 기록에 적용했던
현존하는 계통학적 분류법을 기억하고 계신가요?
첫 번째 단서는 현대 조류들의 갈비뼈였습니다.
우리는 대부분의 공룡에서 이런 것들을 발견합니다.
이것은 공룡들의 폐의 윗면이
현대의 조류들과 같이
어느 위치에 고정되어 있다는 뜻입니다.
두 번째 단서는 척추 기압입니다.
우리는 이것을 사우로포드 공룡과 테로포드 공룡에서 발견하는데,
이 공룡은 포식공룡을 포함하고 있고
오늘날의 새의 조상이기도 합니다.
그리고 우리가 공룡에서 화석화된 폐조직의 증거를 찾지 못하는 동안,
척추 기압은 폐가 이 동물들의 생전에
무엇을 했는지 알려줍니다.
폐 조직이나 공기 주머니 조직은 척추뼈를 침범하여
현대의 새처럼 속이 비게 하고
호흡기의 부위를 제자리에 고정시켜 이것들이 움직이지 못하도록 하는
역할을 했습니다.
갈비뼈와 함꼐
척추 기압은 호흡기를 제자리에 고정시켜
진화를 가능하게 하는 고정되고 단단한 골격을 만들었습니다.
오늘날 현대 조류에서 볼 수 있는
초박막 혈액 가스 장벽이 그런 것이죠.
공룡의 이러한 폐에 대한 증거는
그들이 트라이아스기 같은 저산소 상태에서 숨 쉴 수 있는 폐를
진화시킬 수 있는 능력을
가지고 있었음을 의미합니다.
공룡의 이러한 고정된 골격 구조는
유연한 폐를 가지고 있어서 트라이아스기기의 저산소 대기에
적응할 수 없었을 포유류에 비해
적응에 있어서 상당한 이점을 주었을 것입니다.
이런 해부학적 특징은 다른 동물들과 비교해서 공룡들에게는
비장의 무기였을지도 모릅니다.
그리고 이것은 우리에게
여러 공룡의 가설을 실험하기 위한 훌륭한 발판을 제공해줍니다.
이것은 공룡의 시작에 대한 이야기인데,
이것은 이 주제에 대한 우리의 연구의 시작에 불과합니다.
감사합니다.
(박수)
We weten waarom de dino's zijn uitgestorven.
Ik ga nu vertellen over iets
wat ruim 200 miljoen jaar daarvoor is gebeurd.
Dit verhaal gaat terug naar het begin,
toen de dinosauriërs pas op aarde verschenen.
Een van de grootste vragen in de evolutiebiologie
is waarom de dino's zo succesvol waren.
Hoe konden ze zo lang wereldwijd zo dominant zijn?
Als mensen zich dat afvragen,
denken ze vaak aan de grootste of de kleinste dinosauriër
of aan de snelste
of aan die met de meeste veren
of aan pantsers, punten en tanden.
Maar misschien lag het aan hun inwendige anatomie.
Een soort van geheim wapen.
Mijn collega's en ik denken dat het aan de longen ligt.
Ik ben paleontoloog en vergelijkend anatoom
en ik wil graag begrijpen
hoe hun longen de dinosauriërs hielpen de aarde over te nemen.
Dus we springen ruim 200 miljoen jaar terug
naar het Trias.
De leefomstandigheden waren bar.
Er waren geen bloeiende planten,
dus er was geen gras.
Stel je dus een landschap voor vol pijnbomen en varens.
Er waren in die tijd ook kleine hagedissen,
zoogdieren, insecten
en carnivore en herbivore reptielen
die streden om dezelfde hulpbronnen.
Wat we moeten weten,
is dat het zuurstofgehalte in de lucht naar schatting slechts 15 procent was.
In onze tijd is het 21 procent.
Het was dus van cruciaal belang voor de dino's dat ze konden ademen
in deze zuurstofarme omgeving,
zodat ze niet alleen konden overleven,
maar gedijen en diversifiëren.
Hoe kunnen we iets weten over de longen van dinosauriërs
als we eigenlijk alleen maar fossiele skeletten hebben?
Dat doen we door fylogenetische classificatie van levende soorten.
Dat betekent dat we de anatomie bestuderen,
in dit specifieke geval de longen en het skelet,
van levende dieren die afstammen van de dinosauriërs.
We keken naar de anatomie van vogels,
die rechtstreeks afstammen van de dinosauriërs
en naar de anatomie van krokodilachtigen,
die nauw verwant zijn aan de dino's
en naar de anatomie van hagedissen en schildpadden,
die we kunnen beschouwen als hun neven en nichten.
Die anatomische gegevens passen we toe op de fossielen
en zo kunnen we de longen van dinosauriërs reconstrueren.
In dit specifieke geval
lijkt het skelet van dinosauriërs het meest op dat van vogels van nu.
Omdat de dinosauriërs in die tijd concurreerden met de zoogdieren,
is het belangrijk om te begrijpen hoe de longen van zoogdieren werken.
Om aanschouwelijk te maken hoe longen werken,
gebruiken we mijn hond, Mila van Troje,
wier schoonheid 1000 koekjes opleverde,
als model.
(Gelach)
Dit verhaal speelt zich af in een borstholte.
Stel je de ribbenkast van een hond voor.
Bedenk dat de wervelkolom
volledig horizontaal loopt.
Zo ziet de wervelkolom eruit van alle dieren die we gaan bespreken,
of ze nou op twee benen of vier benen liepen.
Klim nu de denkbeeldige ribbenkast in en kijk dan omhoog.
Dat is de bovenkant van de borstholte.
Daar komt de bovenkant van de longen rechtstreeks in contact
met de ribben en de wervels.
Op die plek speelt dit verhaal zich af.
Probeer de longen van een hond voor je te zien.
Van buitenaf gezien is het net een grote opblaasbare zak.
Alle onderdelen van de zak zetten uit bij het inademen
en krimpen in bij het uitademen.
In die zak zitten een aantal zich vertakkende buisjes.
Die buisjes worden de bronchiale boom genoemd.
Door die buisjes wordt ingeademde zuurstof naar de longblaasjes vervoerd.
De zuurstof passeert een dun membraan en komt via diffusie in de bloedbaan.
Nu komt er een belangrijk punt.
De hele zoogdierlong is beweeglijk.
Ze is tijdens het ademhalen voortdurend in beweging.
Dus dat dunne membraan, de bloed-luchtbarrière,
mag niet te dun zijn, want dan breekt het.
We komen straks terug op die bloed-luchtbarrière.
Volgen jullie het nog?
Nu gaan we naar de vogels en dat wordt bizar.
Dus hou je vast.
(Gelach)
Vogels zijn heel anders dan zoogdieren.
We gaan vogels als model gebruiken
om dinosauruslongen te reconstrueren.
Bij vogels
stroomt de lucht door de long heen, maar de long zet niet uit en krimpt niet.
De long beweegt niet.
Ze heeft de structuur van een stevige spons.
Ze is stijf en wordt van boven en opzij omsloten door de ribbenkast
en aan de onderkant door een horizontaal membraan.
De lucht stroomt maar één kant op,
door een soort flexibele zakken
die zich vertakken van de bronchiale boom
buiten de long zelf
en die 'luchtzakken' worden genoemd.
Deze zeer fragiele constructie wordt op haar plaats gehouden
door een serie gevorkte ribben
aan de bovenkant van de borstholte.
Bij veel vogelsoorten
zie je uitstulpingen vanuit de long
en de luchtzakken
die doordringen in het skeletweefsel,
doorgaans de wervels, soms de ribben,
die zo het ademhalingsapparaat op zijn plaats houden.
Dit heet 'vertebrale pneumaticiteit'.
Die gevorkte ribben en die vertebrale pneumaticiteit,
daar kunnen we naar zoeken bij fossielen.
Als je dat in skeletten terugvindt,
wijst dat erop dat delen van het ademhalingsapparaat van dino's
onbeweeglijk waren.
Een onbeweeglijk ademhalingsapparaat
zorgde dat de bloed-luchtbarrière dunner kon worden,
het dunne membraan waardoor zuurstof de bloedbaan bereikt.
De onbeweeglijkheid maakte dit mogelijk, want een dunne barrière is fragiel
en die zou scheuren als de longen bij het ademhalen bewogen,
zoals bij zoogdieren gebeurt.
Waarom interesseert dit ons?
Wat maakt het eigenlijk uit?
Zuurstofdiffusie is makkelijker bij een dun membraan
en een dun membraan verbetert de ademhaling
in zuurstofarme omstandigheden
zoals die zich voordeden in het Trias.
Dus als dinosauriërs inderdaad zulk soort longen hadden,
waren ze beter toegerust om te ademen dan alle andere dieren,
de zoogdieren inbegrepen.
Weten jullie nog dat we via fylogenetische classificatie
de anatomie van huidige dieren bestudeerden
en die toepasten op fossiele vondsten?
De gevorkte ribben van de huidige vogels vormden de eerste aanwijzing.
Het merendeel van de dinosauriërs heeft gevorkte ribben.
Het bovenste gedeelte van de longen van dinosauriërs
was dus onbeweeglijk,
net als bij de vogels van nu.
De tweede aanwijzing was vertebrale pneumaticiteit.
Dat komt voor bij sauropoda en theropoda,
de groep dinosauriërs die roofdieren bevat
en waaruit de vogels zijn ontstaan.
Hoewel we geen gefossiliseerd longweefsel van dinosauriërs vinden,
geeft vertebrale pneumaticiteit ons wel aanwijzingen over hoe de long werkte
in deze dieren.
Long- of luchtzakweefsel drong in de wervels door,
zodat die hol werden, net als bij vogels nu,
en het zette delen van het ademhalingsapparaat vast,
zodat het onbeweeglijk werd.
De combinatie van gevorkte ribben
en vertebrale pneumaticiteit
zorgde voor een star, stijf skelet
dat het ademhalingsapparaat op zijn plaats hield,
zodat zich een superdunne, superfragiele bloed-luchtbarrière kon ontwikkelen,
zoals we die nu in vogels zien.
Als blijkt dat de longen van dino's vast zaten,
konden ze dus longen ontwikkelen
waarmee ze konden ademen
in de zuurstofarme atmosfeer van het Trias.
Met zo'n rigide borstkas konden dinosauriërs
zich veel beter aanpassen dan andere soorten, met name zoogdieren,
die zich met hun flexibele longen
niet konden aanpassen aan de zuurstofarme atmosfeer van het Trias.
Dit kan weleens het geheime wapen zijn geweest
dat de dinosauriërs hun voordeel gaf.
Dit is een goed uitgangspunt
om de hypotheses over diversificatie van dinosauriërs te testen.
Dit is het verhaal van het begin van de dinosauriërs
en het is nog maar het begin van ons onderzoek naar dit onderwerp.
Dank jullie wel.
(Applaus)
Wszyscy słyszeliśmy o tym, jak wyginęły dinozaury.
Historia, którą dziś opowiem,
wydarzyła się 200 milionów lat przed ich zagładą.
Ta opowieść sięga samych początków,
kiedy dinozaury były na początku swojej drogi.
Jedną z największych zagadek biologii ewolucyjnej jest to,
w jaki sposób dinozaury poradziły sobie tak dobrze.
Co doprowadziło do tego, że władały planetą tak długo?
Kiedy zastanawiamy się, dlaczego były tak niesamowite,
myślimy zwykle o największych lub najmniejszych dinozaurach.
O tym, który był najszybszy,
który miał najwięcej piór,
najdziwniejszy pancerz, kolce lub zęby.
Ale odpowiedź tkwi raczej w ich budowie wewnętrznej.
To ich tajna broń.
Według mnie i moich kolegów, były to ich płuca.
Jestem paleontologiem i anatomem porównawczym.
Interesuje mnie zagadnienie,
w jaki sposób płuca dinozaurów pomogły im zawładnąć światem.
Cofnijmy się o 200 milionów lat,
do okresu Triasu.
Środowisko było bardzo surowe,
nie było kwitnących roślin,
co znaczy, że nie było trawy.
Wyobraźcie sobie krajobraz usiany sosnami i paprociami.
W tym samym czasie żyły małe jaszczurki,
ssaki, insekty,
oraz mięsożerne i roślinożerne gady.
Wszystkie walczyły o te same zasoby.
Co ważne w tej historii,
poziom tlenu wynosił wtedy zaledwie 15%,
w porównaniu do dzisiejszych 21%.
Więc niezwykle ważne dla dinozaurów było oddychanie
w środowisku z niskim poziomem tlenu.
Nie tylko po to, żeby przeżyć,
ale żeby rozwijać się i różnicować.
Skąd wiemy, jakie były płuca dinozaurów,
skoro zostały po nich tylko skamieniałe szkielety?
Metoda, z której korzystamy, to rekonstrukcja filogenetyczna.
To taka zgrabna nazwa, mówiąca, że badamy anatomię,
w tym wypadku konkretnie płuca i szkielet,
żyjących dziś ewolucyjnych potomków dinozaurów.
Przyglądamy się anatomii ptaków,
które są ich bezpośrednimi potomkami,
oraz anatomii krokodylowatych,
które są ich najbliższymi żyjącymi krewnymi,
potem badamy anatomię jaszczurek i żółwi,
których nazywamy ich kuzynami.
Następnie nakładamy te dane na odkryte skamieniałości,
i możemy dzięki temu dokonać rekonstrukcji płuc dinozaurów.
W tym konkretnym przypadku
szkielet dinozaura przypomina najbardziej ten współczesnych ptaków.
Ponieważ dinozaury rywalizowały w tym okresie z wczesnymi ssakami,
ważne jest, aby zrozumieć podstawowe działanie płuca ssaka.
Aby opowiedzieć wam, jak działają płuca,
wykorzystamy mojego psa, Milenę Trojańską.
Pyszczek, który wyprosił tysiąc smakołyków
będzie naszym modelem.
(Śmiech)
Wszystko dzieje się wewnątrz klatki piersiowej.
Tak wygląda ona u psa.
Jego kręgosłup
jest równoległy do podłoża.
Tak samo wygląda to
u wszystkich zwierząt, o których będziemy mówić,
chodzących na dwóch nogach
lub na czterech.
Teraz zajrzyjmy do środka.
To sklepienie klatki piersiowej.
To tutaj powierzchnia płuc ma bezpośredni kontakt
z żebrami i kręgosłupem.
To ważne miejsce dla naszej opowieści.
Zobaczcie teraz płuca psa.
Widziane z zewnątrz, są jak wielki nadmuchiwany worek,
który rozszerza się podczas wdechu
i kurczy podczas wydechu.
Wewnątrz niego jest mnóstwo maleńkich rozgałęzionych rurek,
tworzących drzewo oskrzelowe.
Dostarczają one wdychany tlen do pęcherzyków płucnych.
Tlen przenika przez cienką membranę do krwiobiegu za pomocą dyfuzji.
To, co teraz powiem, jest niezwykle ważne.
Płuca ssaków są ruchome.
To znaczy że poruszają się w trakcie procesu oddychania,
dlatego ta cienka membrana, bariera krew-tlen
nie może być za cienka, bo pęknie.
Zapamiętajcie hasło bariera krew-tlen, będziemy do tego wracać.
Nadążacie?
Teraz weźmiemy się za ptaki, to dopiero szaleństwo,
trzymajcie się mocno siedzeń.
(Śmiech)
Ptaki są kompletnie inne niż ssaki.
Wykorzystamy je jako nasz model
do rekonstrukcji płuc dinozaurów.
U ptaków powietrze przechodzi przez płuco,
ale nie rozszerza się ono ani nie kurczy.
Płuco jest nieruchome,
ma strukturę zbitej gąbki.
Jest nieelastyczne i unieruchomione od góry i po bokach przez żebra,
a od dołu przez błonę poziomą.
Jest ono wentylowane jednokierunkowo
przez serię elastycznych, struktur przypominających worki,
które wychodzą z drzewa oskrzelowego
i znajdują się pod płucem.
To tak zwane worki powietrzne.
Cała ta niezwykle delikatna konstrukcja jest unieruchomiona
przez pary rozwidlonych żeber
wzdłuż sklepienia klatki piersiowej.
U wielu gatunków ptaków
z płuc i worków powietrznych
wychodzą przedłużenia,
które wiążą się z tkanką szkieletową.
Zwykle z kręgosłupem, czasem z żebrami.
Utrzymują one układ oddechowy w jednym miejscu.
To tak zwane kości pneumatyczne.
Rozwidlone żebra i kości pneumatyczne
to dwie wskazówki, których możemy poszukiwać w skamieniałościach,
bo te cechy szkieletu mogą wskazywać na to,
że układ oddechowy dinozaurów był nieruchomy.
To mocowanie układu oddechowego
umożliwiło ewolucję cieńszej bariery krew-powietrze,
czyli cieńszej membrany, przez którą tlen dostawał się do krwi.
Nieruchomość na to pozwalała, bo cienka bariera jest słabsza,
uległaby uszkodzeniu, gdyby zwierzę oddychało aktywnie,
tak jak robią to ssaki.
Dlaczego nas to interesuje?
Jakie to ma w ogóle znaczenie?
Tlen łatwiej przenika przez cieńszą membranę,
a to ułatwia oddychanie
w warunkach o niskiej zawartości tlenu.
Takich, jakie panowały w okresie Triasu.
Jeśli dinozaury miały takie płuca,
były znacznie lepiej przystosowane do oddychania niż inne zwierzęta,
w tym ssaki.
Pamiętacie metodę rekonstrukcji filogenetycznej,
w której wykorzystywaliśmy anatomię współczesnych zwierząt,
żeby zastosować ją do skamieniałości?
Wskazówką numer jeden są rozwidlone żebra ptaków.
Znajdujemy je u większości dinozaurów.
Czyli oznacza to, że powierzchnia płuc dinozaurów
była unieruchomiona,
tak jak u dzisiejszych ptaków.
Wskazówka numer dwa to kości pneumatyczne.
Znajdujemy je u zauropodów i teropodów,
wśród których znajdowały się drapieżne dinozaury,
i które są przodkami dzisiejszych ptaków.
I choć nie znajdujemy żadnych skamielin tkanki płucnej dinozaurów,
kości pneumatyczne dają nam wskazówki na to, jak działały płuca
tych zwierząt za ich życia.
Tkanka płucna lub tkanka worka powietrznego wchodziły w kręgi,
przez co były one puste jak u współczesnych ptaków
i utrzymywały układ oddechowy w jednym miejscu,
unieruchamiając go.
Rozwidlone żebra
i kości pneumatyczne
tworzyły nieruchome, sztywne ramy,
utrzymujące układ oddechowy w jednym miejscu,
co pozwoliło na rozwiniecie się super cienkiej i super delikatnej
bariery krew-powietrze, która jest u dzisiejszych ptaków.
Dowody na posiadanie takich płuc przez dinozaury oznaczają,
że ewolucja pozwoliła im wytworzyć płuca,
które były zdolne do oddychania
w atmosferze okresu triasowego z niskim poziomem tlenu.
Ten sztywny układ szkieletowy u dinozaurów dał im
znaczącą przewagę adaptacyjną nad innymi zwierzętami, zwłaszcza ssakami,
których elastyczne płuca nie mogły się przystosować
do atmosfery okresu triasowego z niskim poziomem tlenu.
Ta anatomia mogła być tajną bronią dinozaurów,
która dała im tę przewagę nad innymi zwierzętami.
To daje nam doskonałą podstawę,
żeby zacząć testować hipotezy o zróżnicowaniu dinozaurów.
To opowieść o początku dinozaurów,
i dopiero początek naszych badań na ten temat.
Dziękuję.
(Brawa)
Já todos ouvimos falar da forma como os dinossauros morreram.
A história que vos vou contar
aconteceu mais de 200 milhões de anos antes da extinção dos dinossauros.
Esta história começa mesmo no início,
quando apareceram os primeiros dinossauros.
Um dos maiores mistérios na biologia evolutiva
é por que razão os dinossauros tiveram tanto êxito.
O que é que levou ao seu domínio durante tantos anos?
Quando as pessoas pensam porque é que os dinossauros eram tão fantásticos,
normalmente pensam no dinossauro maior ou no mais pequeno,
ou naquele que era mais rápido,
ou naquele que tinha mais penas,
uma armadura, espinhos ou dentes mais ridículos.
Mas a resposta talvez tenha a ver com a sua anatomia interior
— uma arma secreta, por assim dizer.
Os meus colegas e eu pensamos que se tratou dos pulmões.
Eu sou paleontóloga e anatomista comparativa
e interesso-me por perceber
como o pulmão especializado ajudou os dinossauros a dominar o planeta.
Vamos recuar mais de 200 milhões de anos
até ao período Triássico.
O ambiente era extremamente rigoroso,
não havia plantas com flores,
ou seja, não havia ervas.
Imaginem uma paisagem cheia de pinheiros e fetos.
Simultaneamente, havia pequenos lagartos,
mamíferos, insetos,
e também havia répteis carnívoros e herbívoros
— todos em competição pelos mesmos recursos.
Algo fundamental para esta história
é que estimamos que os níveis de oxigénio eram muito baixos, 15%
em comparação com os 21% atuais.
Portanto, era essencial que os dinossauros pudessem respirar
neste ambiente de baixo oxigénio
não só para sobreviverem
mas para prosperarem e se diversificarem.
Então, como é que sabemos como eram os pulmões dos dinossauros,
se tudo o que resta de um dinossauro é geralmente o seu esqueleto fossilizado?
O método que usamos chama-se "agrupamento filogenético existente."
É uma forma sofisticada de dizer que estudamos a anatomia
— especificamente, neste caso, os pulmões e o esqueleto —
dos descendentes vivos dos dinossauros, na árvore da evolução.
Portanto, observámos a anatomia das aves
que são os descendentes diretos dos dinossauros,
observámos a anatomia dos crocodilos,
que são os parentes vivos mais próximos
e depois observámos a anatomia de lagartos e tartarugas,
que podemos considerar como seus primos.
Depois, aplicámos esses dados anatómicos ao registo fóssil
e usámos isso para reconstruir os pulmões dos dinossauros.
Neste caso específico,
o esqueleto dos dinossauros é muito parecido com o das aves modernas.
Assim, como os dinossauros competiam com os primeiros mamíferos,
neste período de tempo,
é importante compreender o modelo básico do pulmão dos mamíferos.
Para vos apresentar os pulmões, de forma geral,
vamos usar o meu cão Mila de Troia,
um rosto que lançou milhares de petiscos,
como nosso modelo.
(Risos)
Esta história ocorre no interior da cavidade torácica.
Visualizem a caixa torácica de um cão.
Vejam como a coluna vertebral
está perfeitamente horizontal em relação ao solo.
É assim que a coluna vertebral vai ser
em todos os animais de que vamos falar,
quer andem sobre duas ou sobre quatro patas.
Agora, entrem na caixa torácica imaginária e olhem para cima.
Este é o teto da nossa caixa torácica.
É aqui que a superfície superior dos pulmões entra em contacto direto
com as costelas e as vértebras.
Esta interface é onde a nossa história tem lugar.
Tentem visualizar os pulmões de um cão.
Por fora, parecem um saco gigante insuflável,
em que todas as partes do saco se expandem durante a inspiração
e se contraem durante a expiração.
No interior do saco, há uma série de tubos ramificados,
e esses tubos chamam-se árvore branquial.
Esses tubos fornecem o oxigénio inalado aos alvéolos.
Atravessam uma delgada membrana para a corrente sanguínea, por difusão.
Agora, esta parte é fundamental.
Todo o pulmão do mamífero é móvel.
Ou seja, move-se durante todo o processo respiratório,
de modo que a delgada membrana, a barreira sangue-ar,
não pode ser demasiado delgada, senão rompe-se.
Lembrem-se desta barreira sangue-ar, porque vamos voltar a falar nela.
Continuam a acompanhar-me?
Porque vamos passar para as aves e é uma loucura,
por isso, segurem-se.
(Risos)
A ave é totalmente diferente do mamífero.
Vamos usar as aves como modelo
para reconstruir os pulmões dos dinossauros.
Nas aves,
o ar passa pelos pulmões, mas o pulmão não se expande nem se contrai.
O pulmão está imobilizado,
tem a textura duma esponja densa
e é rígido e está bloqueado por cima e pelos lados pela caixa torácica
e em baixo, por uma membrana horizontal.
Assim, é ventilado unidirecionalmente
por uma série de estruturas flexíveis, semelhantes a sacos,
que se ramificam fora da árvore branquial,
para lá do próprio pulmão
e que se chamam sacos aéreos.
Toda esta estrutura extremamente delicada
é mantida no seu lugar por uma série de costelas bifurcadas,
ao longo do teto torácico.
Em muitas espécies de aves,
também há extensões a partir do pulmão
e dos sacos aéreos,
que invadem os tecidos do esqueleto
— normalmente, as vértebras, por vezes as costelas —
e que mantêm no seu lugar o sistema respiratório.
A Isto chama-se "pneumaticidade vertebral".
As costelas bifurcadas e a pneumaticidade vertebral
são duas pistas que podemos seguir no registo fóssil,
porque estas duas características do esqueleto
indicam quais as regiões do sistema respiratório dos dinossauros
que estão imobilizadas.
Esta estabilização do sistema respiratório
facilitou a evolução do adelgaçamento da barreira sangue-ar,
aquela membrana delgada através da qual o oxigénio passa para a corrente sanguínea.
A imobilidade permite isso porque uma barreira delgada é uma barreira frágil,
e a barreira frágil romper-se-ia se fosse ventilada ativamente
como num pulmão de mamífero.
Então, porque é que nos preocupamos com isto?
Porque é que isto é importante?
O oxigénio difunde-se mais facilmente através duma membrana delgada
e uma membrana delgada é uma forma de reforçar a respiração
em situações de baixo oxigénio
— situações de baixo oxigénio como as do período Triássico.
Assim, se os dinossauros tinham este tipo de pulmão,
estariam mais bem equipados para respirar do que os outros animais,
incluindo os mamíferos.
Lembram-se do método "agrupamento filogenético existente"
em que agarramos na anatomia dos animais modernos
e a aplicamos ao registo fóssil?
A pista número um foram as costelas bifurcadas das aves modernas.
Encontramos isso praticamente na maioria dos dinossauros.
Isso significa que a superfície superior dos pulmões dos dinossauros
seria mantida no seu lugar,
tal como os das aves modernas.
A pista número dois são as vértebras pneumáticas.
Encontramo-las nos dinossauros saurópodes e nos dinossauros terópodes
que são o grupo que contém os dinossauros predatórios
e deram origem às aves modernas.
Embora não encontremos provas
de tecido de pulmão fossilizado nos dinossauros,
as vértebras pneumáticas demonstram o que o pulmão estava a fazer
durante a vida desses animais.
O tecido do pulmão ou o tecido do saco aéreo
estava a invadir as vértebras,
a torná-las ocas, tal como numa ave moderna
e a manter no seu lugar regiões do sistema respiratório,
imobilizando-as.
As costelas bifurcadas
e as vértebras pneumáticas, em conjunto,
estavam a criar uma estrutura imobilizada, rígida
que mantinha no seu lugar o sistema respiratório
e que permitiu a evolução daquela barreira sangue-ar,
muito delgada e muito delicada
que vemos hoje nas aves modernas.
Provas deste pulmão espartilhado nos dinossauros
significam que eles tiveram a capacidade de evoluir um pulmão
que conseguia respirar
numa atmosfera hipóxica, de baixo oxigénio, do período Triássico.
Esta estrutura rígida do esqueleto nos dinossauros ter-lhes-ia dado
uma vantagem significativa de adaptação sobre os outros animais,
em especial, os mamíferos,
cujo pulmão flexível não se adaptava
à atmosfera hipóxica, de baixo oxigénio, do Triássico.
Esta anatomia pode ter sido a arma secreta dos dinossauros
que lhes deu essa vantagem sobre os outros animais.
Isso dá-nos uma excelente base
para começar a testar as hipóteses da diversificação dos dinossauros.
Esta é a história do início dos dinossauros
e é o início da história da nossa investigação deste tema.
Obrigada.
(Aplausos)
Todos nós sabemos como os dinossauros morreram.
A história que vou contar
aconteceu mais de 200 milhões de anos antes da extinção dos dinossauros.
Essa história começa lá atrás,
quando os dinossauros estavam apenas surgindo.
Um dos maiores mistérios da biologia evolutiva
é por que os dinossauros foram tão bem-sucedidos.
O que levou à sua dominância global
por tantos anos?
Quando as pessoas pensam por que dinossauros eram tão incríveis,
normalmente pensam em qual era o maior ou o menor,
ou o mais rápido,
ou qual tinha mais penas,
ou a armadura, espinhos ou dentes mais absurdos.
Mas talvez a resposta tenha a ver com a anatomia interna deles;
uma arma secreta, por assim dizer.
Meus colegas e eu achamos que eram seus pulmões.
Sou paleontóloga e anatomista comparativa
e tenho interesse em entender
como o pulmão especializado dos dinossauros
ajudou-os a dominarem o planeta.
Então vamos retroceder mais de 200 milhões de anos,
para o período Triássico.
O ambiente era extremamente inóspito,
não havia plantas floríferas,
o que significa que não havia grama.
Imaginem uma paisagem repleta de pinheiros e samambaias.
Ao mesmo tempo, havia pequenos lagartos,
mamíferos, insetos,
e também répteis carnívoros e herbívoros,
todos competindo pelos mesmos recursos.
A parte crítica dessa história
é que estima-se que o nível de oxigênio era de apenas 15%,
comparado aos 21% atuais.
Então, era essencial que os dinossauros pudessem respirar
nesse ambiente de pouco oxigênio,
não apenas para sobreviverem, mas para prosperarem e se diversificarem.
Como saber como eram os pulmões dos dinossauros,
se tudo que resta de um dinossauro geralmente é seu esqueleto fossilizado?
O método que usamos é chamado
de "bracketing filogenético existente".
Uma maneira chique de dizer que estudamos a anatomia,
especificamente, nesse caso, dos pulmões e do esqueleto,
dos descendentes vivos dos dinossauros na árvore evolutiva.
Então, observamos a anatomia das aves,
que são descendentes diretos dos dinossauros,
observamos a anatomia de crocodilianos,
que são os parentes vivos mais próximos,
e também a anatomia de lagartos e tartarugas,
que podemos pensar como sendo seus primos.
Então aplicamos esses dados anatômicos aos registros fósseis,
e podemos usá-los para reconstruir os pulmões dos dinossauros.
E, neste momento,
o esqueleto dos dinossauros lembra muito o das aves modernas.
Como os dinossauros competiam com os mamíferos nesse período,
é importante entender as características básicas do pulmão dos mamíferos.
E, para explicar sobre pulmões em geral,
usaremos meu cachorro Mila of Troy,
a cara que lançou mil petiscos,
como nosso modelo.
(Risos)
Essa história ocorre dentro de uma cavidade torácica.
Quero que visualizem a caixa torácica de um cachorro.
Vejam como a coluna vertebral é completamente horizontal ao chão.
A coluna vertebral é assim
em todos os animais sobre os quais vamos falar,
quer andem sobre duas ou quatro patas.
Agora vamos escalar a caixa torácica imaginária e olhar para cima.
Este é o teto torácico.
É aqui que a superfície superior dos pulmões
entra em contato direto com as costelas e as vértebras.
É aqui que nossa história ocorre.
Agora quero que visualizem os pulmões de um cachorro.
Por fora, é como um grande saco inflável
que se expande por inteiro durante a inspiração
e se contrai durante a expiração.
Dentro desse saco existe uma série de tubos ramificados,
chamados de árvore brônquica.
Esses tubos distribuem o oxigênio inalado para os alvéolos.
Eles atravessam uma membrana fina para a corrente sanguínea por difusão.
Agora, essa parte é fundamental.
Todo o pulmão do mamífero é móvel,
o que significa que ele se move durante todo o processo respiratório,
então aquela fina membrana, a barreira alvéolo-capilar,
não pode ser muito fina, ou vai se romper.
Não se esqueçam da barreira alvéolo-capilar, voltaremos a ela.
Estão acompanhando?
Vamos começar com as aves, e isso vai ser muito louco,
então apertem os cintos.
(Risos)
As aves são completamente diferentes dos mamíferos.
E usaremos aves como modelos
para reconstruir os pulmões dos dinossauros.
Nas aves,
o ar passa pelo pulmão, mas ele não expande ou contrai.
O pulmão é imóvel,
tem a textura de uma esponja densa,
é inflexível e fica preso no topo e nas laterais pela caixa torácica
e, embaixo, por uma membrana horizontal.
Ele é ventilado unidirecionalmente
por uma série de estruturas flexíveis semelhantes a sacos,
que se ramificam para a árvore brônquica,
para além do próprio pulmão,
o que chamamos de sacos aéreos.
Toda essa estrutura extremamente delicada é mantida fixa no lugar
por uma série de costelas bifurcadas
ao longo de todo o teto torácico.
Em várias espécies de aves,
extensões surgem do pulmão
e dos sacos aéreos,
invadem o tecido esquelético,
normalmente as vértebras, às vezes as costelas,
e mantêm o sistema respiratório no lugar.
Isso se chama "pneumatização vertebral".
As costelas bifurcadas e a pneumatização vertebral
são duas pistas que podemos buscar nos registros fósseis,
porque essas duas características esqueléticas
indicam que havia regiões imobilizadas no sistema respiratório dos dinossauros.
Essa ancoragem do sistema respiratório
facilitou a redução da espessura da barreira alvéolo-capilar,
a fina membrana através da qual o oxigênio é difundido na corrente sanguínea.
A imobilidade permite isso, pois uma barreira fina é frágil
e romperia se fosse ventilada ativamente,
como os pulmões dos mamíferos.
Por que nos importamos com isso?
Por que isso importa?
O oxigênio se difunde mais facilmente através de uma membrana fina,
que é uma forma de melhorar a respiração
em baixos níveis de oxigênio,
como no período Triássico.
Então, se os dinossauros tivessem esse tipo de pulmão,
estariam melhor equipados para respirar do que todos os outros animais,
inclusive os mamíferos.
Vocês se lembram do método de bracketing filogenético existente,
em que aplicamos a anatomia dos animais modernos
aos registros fósseis?
A pista número um foram as costelas bifurcadas das aves modernas.
Nós as encontramos na maioria dos dinossauros.
Isso significa que a superfície superior dos pulmões dos dinossauros
ficava fixa no lugar,
como nas aves modernas.
A pista número dois é a pneumatização vertebral.
Encontramos isso em dinossauros saurópodes e terópodes,
o grupo que contém dinossauros predadores
e que deu origem às aves modernas.
E, apesar de não encontrarmos evidências
de tecido pulmonar fossilizado em dinossauros,
a pneumatização vertebral nos dá evidências do que o pulmão fazia
durante a vida desses animais.
Os tecidos pulmonares ou dos sacos aéreos invadiam as vértebras,
tornando-as ocas, como nas aves modernas,
e mantendo no lugar regiões do sistema respiratório,
imobilizando-as.
As costelas bifurcadas,
junto com a pneumatização vertebral,
criavam uma estrutura rígida e fixa,
mantendo o sistema respiratório no lugar,
permitindo a evolução da barreira alvéolo-capilar superfina e superdelicada
que vemos nas aves modernas.
A evidência dessa camisa-de-força prendendo os pulmões dos dinossauros
significa que eles tiveram a capacidade de desenvolver pulmões
aptos a respirar na atmosfera hipóxica,
com baixo teor de oxigênio, do período Triássico.
Essa estrutura esquelética rígida dos dinossauros teria dado a eles
uma vantagem adaptativa significativa sobre outros animais,
especialmente os mamíferos,
cujos pulmões flexíveis não poderiam se adaptar
à atmosfera hipóxica do Triássico.
Essa anatomia pode ter sido a arma secreta dos dinossauros
que deu a eles vantagens sobre outros animais.
E isso nos dá uma plataforma excelente
para começar a testar hipóteses sobre a diversificação dos dinossauros.
Essa é a história do surgimento dos dinossauros,
e é só o começo da história de nossa pesquisa sobre esse tema.
Obrigada.
(Aplausos)
Все мы слышали о том, как вымерли динозавры.
История, которую я хочу вам рассказать,
произошла более чем за 200 миллионов лет до того, как динозавры вымерли.
Эта история берёт своё начало тогда,
когда динозавры только начали появляться.
Одна из самых больших загадок в эволюционной биологии —
почему динозавры были так успешны.
Что привело их к глобальному доминированию в течение стольких лет?
Когда люди думают о том, почему динозавры были такими удивительными,
они обычно думают о самых больших или самых маленьких динозаврах,
или о том, какой был самым быстрым,
или у кого было больше перьев,
самая нелепая броня, шипы или зубы.
Но ответ, вероятно, должна дать их внутренняя анатомия —
секретное оружие, так сказать.
Мои коллеги и я думаем, что это были их лёгкие.
Я палеонтолог и сравнительный анатом,
и я заинтересована в понимании того,
как специализированные лёгкие динозавров помогли им захватить планету.
Итак, вернёмся более чем на 200 миллионов лет назад —
в триасовый период.
Окружающая среда была чрезвычайно суровой,
не было цветущих растений,
а это значит, что травы тоже не было.
Представьте ландшафт, заполненный только соснами и папоротниками.
В то же время были маленькие ящерицы,
млекопитающие, насекомые,
а также плотоядные и травоядные рептилии —
и все они конкурировали за одни и те же ресурсы.
Решающим для данной ситуации
было то, что, по оценкам, уровень кислорода был всего 15%
в сравнении с сегодняшними 21%.
Так что это могло быть решающим фактором, позволившим динозаврам дышать
в этой низкокислородной среде,
а также не только выжить,
но и процветать и развиваться.
Так как же мы узнаем, какими были лёгкие динозавров,
ведь всё, что осталось от динозавра, это его окаменелый скелет?
Метод, который мы используем,
называется «филогенетический брекетинг уцелевших видов».
Это мудрёный способ сказать, что мы изучаем анатомию,
а именно лёгкие и скелет,
по живым потомкам динозавров на эволюционном древе.
Например, мы посмотрим на анатомию птиц —
прямых потомков динозавров,
посмотрим на анатомию крокодилов,
их ближайших живых родственников,
посмотрим на анатомию ящериц и черепах,
которых мы можем считать их двоюродными братьями.
И когда мы применяем эти анатомические данные к окаменелостям,
мы можем использовать их для реконструкции лёгких динозавров.
И в этом конкретном случае
скелеты динозавров имеют наибольшее сходство со скелетами современных птиц.
Поскольку динозавры соперничали с ранними млекопитающими в этот период времени,
важно понимать базовое строение лёгкого млекопитающего.
Чтобы напомнить вам о строении лёгких,
я возьму в качестве модели
свою собаку Милу Троянскую,
которая съела тысячу лакомств.
(Смех)
Всё происходит внутри грудной полости.
Я хочу, чтобы вы представили себе грудную клетку собаки.
Представьте позвоночный столб,
полностью параллельный земле.
Этот позвоночный столб
есть у всех животных, о которых я буду говорить,
и не важно, ходили они на двух
или четырёх ногах.
Сейчас я хочу, чтобы вы представили грудную клетку изнутри и посмотрели вверх.
Это наш грудной потолок.
Здесь верхняя поверхность лёгких прямо контактирует
с рёбрами и позвонками.
Это то место, где будет проходить наша история.
А сейчас представьте лёгкие собаки.
Снаружи они похожи на гигантский надувной мешок,
где все его части расширяются при вдохе
и сжимаются при выдохе.
Внутри мешка есть серия разветвлённых трубок,
которые называются бронхиальным деревом.
Эти трубки в итоге доставляют вдыхаемый кислород к альвеолам.
Он поступает через тонкую мембрану в кровоток благодаря диффузии.
Сейчас очень важный момент.
Всё лёгкое млекопитающего подвижно.
Это значит, что оно движется в течение всего дыхательного процесса,
то есть эта тонкая мембрана, этот аэрогематический барьер,
не может быть слишком тонким, иначе он порвётся.
Запомните этот аэрогематический барьер, потому что мы ещё к нему вернёмся.
Вы ещё со мной?
А теперь речь пойдёт о птицах, и это сводит с ума,
так что держитесь.
(Смех)
Птицы — полная противоположность млекопитающим.
Я буду использовать птиц в качестве модели
для реконструкции лёгких динозавров.
У птиц
воздух проходит через лёгкое, но оно не расширяется и не сжимается.
Лёгкое птицы неподвижно
и имеет текстуру плотной губки,
оно не гибкое и зафиксировано сверху и по бокам грудной клеткой,
а снизу — горизонтальной мембраной.
Оно вентилируется в одном направлении
с помощью нескольких гибких, мешкообразных структур —
это ветвь бронхиального дерева
за пределами самого лёгкого —
и называются они воздушными мешками.
Вся эта очень деликатная конструкция зажата
раздвоенными рёбрами
вдоль всего грудного потолка.
Также у многих видов птиц
расширения зарождаются в лёгких
и в воздушных мешках,
они проникают в скелетные ткани,
обычно в позвонки, иногда рёбра,
и замыкают дыхательную систему.
Это называется «позвоночная пневматизация».
Раздвоенные рёбра и позвоночная пневматизация —
это две подсказки, за которыми мы можем охотиться в окаменелостях,
потому что эти два элемента скелета
будут указывать, что участки дыхательной системы динозавров
обездвижены.
Такое закрепление дыхательной системы
облегчило эволюцию аэрогематического барьера,
той тонкой мембраны, через которую кислород проникал в кровоток.
Этому способствует неподвижность, так как тонкий барьер — слабый барьер,
а слабый барьер разорвётся, если будет активно вентилироваться,
как лёгкое млекопитающего.
Почему это так важно?
Почему это вообще имеет значение?
Кислород легче проникает через тонкую мембрану,
и тонкая мембрана является одним из путей усиления дыхания
в условиях низкого уровня содержания кислорода —
такого, как в триасовый период.
Если динозавры действительно обладали бы этим типом лёгких,
они были бы лучше приспособлены к дыханию, чем все прочие животные,
включая млекопитающих.
Вы помните метод филогенетического брекетинга:
когда мы берём анатомию современных животных
и применяем её к окаменелостям?
Подсказкой номер один были раздвоенные рёбра современных птиц.
Да, мы находим их у подавляющего большинства динозавров.
И это значит, что верхняя поверхность лёгких динозавров
должна была быть неподвижна,
как у современных птиц.
Подсказка номер два — позвоночная пневматизация.
Мы находим её у зауроподовых и тероподовых динозавров,
которые относились к группе хищных динозавров
и стали прародителями современных птиц.
И пока мы не находим доказательства окаменелой лёгочной ткани у динозавров,
позвоночная пневматизация даёт нам доказательство того, как лёгкое
функционировало в течение жизни этих животных.
Лёгочная ткань или ткань лёгочного мешка проникала в позвонки,
опустошала их как у современных птиц
и фиксировала участки дыхательной системы,
обездвиживая их.
Раздвоенные рёбра
и позвоночная пневматизация
создавали неподвижный жёсткий каркас,
который фиксировал дыхательную систему и позволил
развиться этому сверхтонкому,
суперделикатному аэрогематическому барьеру,
который мы видим сегодня у современных птиц.
Свидетельством этого является лёгкое динозавров,
и это означает, что они смогли сформировать лёгкое,
чтобы дышать в гипоксической,
или с низким уровнем кислорода, атмосфере триасового периода.
Жёсткий скелет у динозавров дал им значительное адаптивное преимущество
над другими животными, особенно над млекопитающими,
чьё подвижное лёгкое не смогло адаптироваться
в гипоксической, с низким уровнем кислорода атмосфере триасового периода.
Эта анатомия могла быть секретным оружием динозавров,
давшим им преимущество над другими животными.
А нам она даёт прекрасную стартовую площадку
для начала проверки гипотез о появлении такого разнообразия динозавров.
Это история о начале эры динозавров,
и это только начало истории о наших изысканиях в этой области.
Спасибо.
(Аплодисменты)
Сви смо чули о томе како су диносауруси изумрли.
Прича коју ћу вам испричати
десила се преко 200 милиона година пре него што су диносауруси изумрли.
Ова прича почиње на самом почетку,
када су диносауруси тек започели.
Једна од највећих мистерија у еволуционој биологији
је због чега су диносауруси били тако успешни.
Шта је довело до њихове глобалне доминације толико година?
Када људи размишљају о томе зашто су диносауруси били тако невероватни,
обично размишљају о највећем или најмањем диносаурусу,
или о томе ко је био најбржи,
или ко је имао највише перја,
најсмешнији оклоп, шиљке или зубе.
Али можда је одговор имао везе са њиховом унутрашњом анатомијом -
тајним оружјем, да тако кажем.
Моје колеге и ја мислимо да су то била њихова плућа.
Ја сам и палеонтолог и упоредни анатомиста,
а мене занима разумевање
како је специјализовано плуће диносаурусима помогло да преузму планету.
Па ћемо скочити назад преко 200 милиона година
до периода тријаса.
Околина је била изузетно оштра,
није било цветница,
па то значи да није било траве.
Замислите пејзаж препун борова и папрати.
Истовремено, било је малих гуштера,
сисара, инсеката,
а било је и рептила месождера и биљоједа -
који су се сви такмичили за исте ресурсе.
Важно за ову причу
је да је процењен ниво кисеоника био нижи од 15 процената,
у поређењу са данашњим 21 процентом.
Дакле, било би пресудно да би диносауруси могли да дишу
у овом окружењу са мало кисеоника,
не само да би преживели
него и напредовали и развијали се.
Па, како знамо каква су била диносауруска плућа,
будући да је све што остаје од њих њихов фосилизовани костур?
Метода коју користимо зове се "постојеће филогенетско бракетовање."
Ово је отмени начин казивања да проучавамо анатомију -
посебно у овом случају, плућа и костур -
живих потомака диносауруса на еволуцијском дрвету.
Па бисмо погледали анатомију птица,
које су директни потомци диносауруса,
и погледали бисмо анатомију крокодила,
ко су им најближи живи рођаци,
а онда бисмо погледали анатомију гуштера и корњача,
које можемо рачунати као њихове рођаке.
А онда примењујемо ове анатомске податке на фосилне записе,
и онда то можемо искористити да реконструишемо плућа диносауруса.
У овом конкретном случају,
скелет диносаура личи на модерне птице.
Дакле, будући да су се диносауруси тада такмичили са раним сисарима,
важно је разумети основни нацрт плућа сисара.
Такође, да вас поново уведем у плућа уопште,
користићемо мог пса Мила из Троје,
лице које је лансирало хиљаду посластица,
као наш модел.
(Смех)
Ова прича се одвија унутар грудне шупљине.
Зато желим да визуелно представите ребра пса.
Замислите да је кичмени стуб
потпуно водораван на земљи.
Овако ће кичмени стуб бити
код свих животиња о којима ћемо разговарати,
било да су ходале на две ноге
или четири ноге.
Сада желим да се попнете унутар замишљеног грудног коша и погледате горе.
Ово је наш торакални плафон.
Овде горња површина плућа долази у директан контакт
са ребрима и краљешцима.
Овај интерфејс је место где се наша прича одвија.
Сада желим да визуелизујете плућа пса.
Споља је као џиновска торба на надувавање
где се током удисања сви делови вреће шире
и смањују током издаха.
Унутар торбе се налази серија гранастих цеви,
и ове цеви се зову бронхијално дрво.
Ове цеви испоручују удисани кисеоник до, на крају, алвеола.
Дифузијом прелазе преко танке мембране у крвоток.
Овај део је критичан.
Читаво плуће сисара је покретно.
То значи да се креће током целог респираторног процеса,
тако да та танка мембрана, крвно-гасна баријера,
не може бити претанка или ће пући.
Сетите се крвно-гасне баријере, јер ћемо се томе вратити.
Дакле, још увек сте са мном?
Јер ћемо почети са птицама и постаје лудо,
зато се држите за задњице.
(Смех)
Птица је потпуно другачија од сисара.
А ми ћемо користити птице као наш модел
за реконструисање плућа диносауруса.
У птици
ваздух пролази кроз плућа, али плућа се не шире или не смањују.
Плућа су имобилисана,
имају текстуру густог сунђера
и нефлексибилна су и закључана на врху и са стране уз ребра,
а на дну хоризонталном мембраном.
Затим се једносмерно вентилише
серијом флексибилних, грађевине у облику врећа
које се гранају од бронхијалног стабла,
иза плућа,
а то се назива ваздушним врећицама.
Ова целокупна изузетно деликатна конструкција је фиксирана на месту
серијом виљушканих ребара
дуж торакалног плафона.
Такође, код многих врста птица,
продужеци настају из плућа
и ваздушне вреће,
они упадају у коштана ткива -
обично пршљенове, понекад ребра -
и закључавају респираторни систем на своје место.
И то се зове "вертебрална пнеуматичност."
Виљушкаста ребра и вертебрална пнеуматичност
су два трага која можемо тражити у запису о фосилима,
јер би ове две скелетне особине
указивале на то да су региони респираторног система диносауруса
имобилизовани.
То сидрење респираторног система
је олакшало развој стањивања крвно-гасне баријере,
те танке мембране преко које је кисеоник улазио у крвоток.
Непокретност то дозвољава јер је танка баријера слаба баријера,
а слаба баријера би пукла ако би се активно проветравала
попут плућа сисара.
Па зашто нас брига за ово?
Зашто је ово уопште важно?
Кисеоник се лакше шири преко танке мембране,
а танка мембрана је један од начина да се побољша дисање
под условима са мало кисеоника -
условима са мало кисеоника попут тријазног периода.
Дакле, ако су диносаури заиста имали ову врсту плућа,
били би боље опремљени за дисање од свих осталих животиња,
укључујући сисаре.
Па сећате ли се постојећег метода филогенетског брекетовања
где узмемо анатомију савремених животиња,
и применимо то на запис фосила?
Дакле, траг број један су била рачваста ребра савремених птица.
Па, то налазимо у већини диносауруса.
Дакле, то значи да би горња површина плућа диносауруса
била закључана на месту,
баш као и код савремених птица.
Траг број два је вертебрална пнеуматика.
Ово налазимо код сауроподних и теодоподних диносауруса,
која је група која садржи диносаурусе грабљивице
из које су настале модерне птице.
И док код диносауруса не налазимо доказе о фосилизованом плућном ткиву,
вертебрална пнеуматичност нам даје доказе о томе шта је плуће радило
током живота ових животиња.
Плућно ткиво или ткиво ваздушне вреће нападали су пршљенове,
издубили их, као код модернох птица,
и закључавали регионе респираторног система,
имобилишући их.
Рачваста ребра
и вертебрална пнеуматичност заједно
стварали су имобилизовани, крути оквир
који је закључао дисајни систем на своје место
који је омогућио еволуцију те супертанке, суперделикатне крвно-гасне баријере
коју данас видимо код савремених птица.
Доказ о овом ограниченом плућу код диносауруса
значи да су имали способност да развију плућа
која би могла дисати
у хипоксичној или атмосфери са мало кисеоника у тријазном периоду.
Ова крута костурна постава код диносауруса би им дала
значајну адаптивну предност над другим животињама, посебно сисарима,
чије се флексибилно плуће није могло прилагодити
до хипоксичне или атмосфере са мало кисеоника тријаса.
Ова анатомија је можда била тајно оружје диносаура
које им је дало предност над другим животињама.
А ово нам даје одличан стартни уређај
да започнемо тестирање хипотеза диверзификације диносауруса.
Ово је прича о почетку диносауруса,
и то је само почетак приче нашег истраживања о овој теми.
Хвала вам.
(Аплауз)
Vi har alla hört om hur dinosaurierna dog ut.
Historien jag ska berätta för er
ägde rum 200 miljoner år före dinosaurierna dog ut.
Berättelsen börjar från början,
då dinosaurierna precis hade börjat sin frammarsch.
En av de största mysterierna i evolutionsbiologi
är varför dinosaurierna blev så framgångsrika.
Vad ledde till deras globala dominans i så många år?
När vi tänker på varför dinosaurierna var så fantastiska,
tänker vi oftast på den största eller den minsta dinosaurien,
eller vilken som var snabbast,
eller vilken som hade flest fjädrar,
eller löjligaste pansaret, taggarna eller tänderna.
Men kanske ligger svaret i deras inre anatomi -
ett hemligt vapen, så att säga.
Mina kollegor och jag, vi tror att det var deras lungor.
Jag är både en paleontolog och en jämförandeanatom,
och jag är intresserad av att förstå
hur den specialiserade dinosaurielungan hjälpte dem att ta över planeten.
Så vi ska hoppa tillbaka mer än 200 miljoner år i tiden,
till triasperioden.
Miljön var extremt hård,
det fanns inga blommande växter,
så det betydde att det inte fanns något gräs.
Föreställ dig ett landskap fyllt med tallar och ormbunkar.
Samtidigt fanns det små ödlor,
däggdjur, insekter,
och det fanns också köttätande och växtätande reptiler,
som alla tävlade om samma resurser.
Avgörande för denna historia
är att syrenivån beräknas ha varit så låg som 15 procent,
jämfört med dagens 21 procent.
Så det torde ha varit viktigt för dinosaurierna att kunna andas
i denna miljö med låg syrenivå,
inte endast för att överleva
utan för att frodas och utvecklas.
Men hur vet vi ens hur dinosaurielungorna såg ut,
då allt som finns kvar av en dinosaurie är deras fossiliserade skelett?
Metoden som vi använder kallas "fylogenetisk systematik".
Vilket är ett finare sätt att säga att vi studerar anatomin -
specifikt i detta fallet, lungorna och skelettet -
hos de levande ättlingarna till dinosaurierna på deras släktträd.
Så vi kollade på anatomin hos fåglar,
som är en direkt ättling av dinosaurierna,
och vi kollade på anatomin hos krokodildjur,
som är deras närmsta levande släkting,
och sen kollade vi på anatomin hos ödlor och sköldpaddor,
som vi kan tänka på som deras kusiner.
Sen tillämpar vi dessa anatomiska data på fossilet,
och sen kan vi rekonstruera dinosauriernas lungor.
I detta fall
så liknar dinosauriernas skelett mest det hos nutida fåglar.
Så eftersom dinosaurierna tävlade mot de tidiga däggdjuren under denna tid,
är det viktigt att förstå däggdjurslungans grundläggande konstruktion.
För att introducera er till lungor i allmänhet
kommer vi använda min hund Mila av Troja,
ansiktet som sjösatte tusen godisbitar,
som vår modell.
(Skratt)
Denna historia äger rum inuti en bröstkorg.
Jag vill att du visualiserar bröstkorgen på en hund.
Tänk på hur ryggraden
är fullständigt horisontell med marken.
Detta är hur ryggraden kommer att vara
hos alla djur som vi kommer prata om,
oavsett om de gick på två
eller fyra ben.
Nu vill jag att du klättrar in i den påhittade bröstkorgen och tittar upp.
Detta är thoralkotornas tak.
Det är där den yttre ytan av lungorna kommer i direkt kontakt
med revbenen och ryggkotorna.
Denna gränsyta är var vår historia äger rum.
Nu vill jag att du visualiserar lungorna på en hund.
På utsidan är det som en stor uppblåsbar påse
där alla delarna av påsen expanderar vid inandning
och krymper vid utandning.
Inuti påsen finns en serie av förgrenade rör.
Dessa rör kallas för bronkialträd.
Dessa rör levererar till slut det inandade syret till alveolerna.
De korsar över en tunn hinna och sprids i blodomloppet.
Denna del är avgörande.
Hela däggdjurslungan är rörlig.
Det betyder att den rör sig genom hela andningsprocessen,
så den tunna hinnan, blodgasbarriären,
kan inte vara för tunn för då går den sönder.
Kom ihåg blodgasbarriären, för vi kommer återvända till den.
Så, hänger ni med?
För nu går vi in på fåglar och det blir lite galet,
så håll fast vid era rumpor.
(Skratt)
Fågeln skiljer sig helt från däggdjuren.
Och vi kommer använda fågeln som vår modell
för att rekonstruera lungan hos dinosaurierna.
Hos fåglarna passerar luften lungan,
men lungan varken expanderar eller krymper.
Lungan är orörlig,
den har samma konsistens som en kompakt svamp
och den är orubblig och fastlåst ovanifrån och på sidorna av bröstkorgen
och på undersidan av en horisontell hinna.
Den är sen enkelriktat ventilerad
genom flera flexibla, påsliknande strukturer
som förgrenar sig till bronkialträdet,
förbi själva lungan,
och dessa kallas för luftsäckar.
Detta är en extremt skör uppsättning som är fastlåst av flera förgrenade revben
längs med hela thoralkotornas tak.
Hos många fågelarter
reser sig förlängningar från lungan
och luftsäckarna,
invaderar skelettvävnaden -
oftast ryggkotorna, och ibland revbenen -
och de låser fast andningsorganen.
Och detta kallas "ryggradspneumatik".
De förgrenade revbenen och ryggradspneumatiken
är två ledtråder som vi kan leta efter i fossilet,
för det är två egenskaper hos skelettet
som indikerar att dinosauriernas andningsorgan
är orörliga.
Denna förankring av andningsorganet
underlättade evolutionen av förtunnandet av blodgasbarriären,
den tunna hinna som syret använde för att sprida sig genom blodomloppet.
Orörligheten tillåter detta eftersom en tunn barriär är en svag barriär,
och en svag barriär skulle gå sönder om den ventilerades aktivt
som lungan hos däggdjuren.
Så varför bryr vi oss om detta?
Varför spelar det ens någon roll?
Syre sprider sig lättare över en tunn hinna,
och en tunn hinna är ett sätt att förbättra andningen
vid miljöer med låg syrehalt -
miljöer som den under triasperioden.
Så om dinosaurier verkligen hade denna typ av lunga,
så hade de varit bättre rustade att andas än alla andra djur,
däggdjur inkluderade.
Minns ni fylogenetisk systematik
där vi tar anatomin hos nutidens djur,
och applicerar det till fossilet?
Så, ledtråd nummer ett var de förgrenade revbenen hos nutidens fåglar.
Dessa finner vi hos majoriteten av dinosaurierna.
Det betyder att den övre ytan av dinosauriernas lungor
var fastlåsta på plats,
precis som för nutidens fåglar.
Ledtråd nummer två är ryggradspneumatik.
Detta finner vi hos sauropoder och theropoder,
vilket är gruppen som innehåller rovdjur
och som föregick nutidens fåglar.
Och även om vi inte kan hitta fossiliserad lungvävnad från dinosaurier,
ger ryggradspneumatiken oss bevis på vad lungan gjorde
medan dessa djur levde.
Lungvävnaden eller luftsäcksvävnaden invaderade ryggradskotorna,
urholkade dem precis som hos nutidens fåglar,
och låste fast delar av andningsorganet,
och gjorde dem orörliga.
De förgrenade revbenen
och ryggradspneumatiken skapar tillsammans
en orörlig, rigid stomme
som låste fast andningsorganen
och tillät utvecklingen av den supertunna, supersköra blodgasbarriären
som vi ser i nutidens fåglar.
Bevis på denna lunga hos dinosaurier, lik en tvångströja,
betyder att de hade förmåga att utveckla en lunga
som kunde andas
trots bristen på syre under triasperioden.
Den rigida skelettstommen hos dinosaurier gav dem
en viktig anpassningsfördel framför andra djur, framförallt däggdjur,
vars flexibla lungor inte kunde anpassa sig
till bristen på syre under triasperioden.
Denna antomin kan ha varit dinosauriernas hemliga vapen
som gav dem ett övertag över andra djur.
Detta ger oss en fantastisk språngbräde
för att pröva hypoteserna kring variationen hos dinosaurier.
Detta är historien om dinosauriernas början
och det är bara början av historien av vår forskning i detta ämne.
Tack.
(Applåder)
Dinozorların nasıl öldüklerini duyduk.
Size anlatacağım hikaye,
son dinozorun ölümünden 200 milyon yıl önce yaşandı.
Hikaye ta en baştan,
dinozorların dünyamıza yeni yerleşmesiyle başlıyor.
Evrimsel biyolojideki en büyük gizemlerden biri
dinozorların nasıl bu kadar başarılı olduğudur.
Yıllar boyu süren küresel hakimiyeti sağlayan neydi?
İnsanlar dinozorların niçin ilginç olduğunu düşündüklerinde
genellikle en büyük ya da en küçük dinozoru akıllarından geçirirler
ya da en hızlısını
ya da en çok tüyü olanı;
en absürt zırha, dikenlere, dişlere sahip olanı düşünürler.
Ama belki de cevap iç anatomilerinde saklı --
deyim yerindeyse gizli silahlarında.
Ekibim ve ben, biz cevabın ciğerleri olduğunu düşünüyoruz.
Ben bir paleontolog, aynı zamanda bir karşılaştırmalı anatomistim
ve dinozorların özelleşmiş ciğerlerinin
gezegeni ele geçirmelerindeki rolüyle ilgileniyorum.
Şimdi 200 milyon yıl önceye,
Trias Dönemi'ne gidiyoruz.
Çevre son derece acımasızdı,
etrafta hiç çiçekli bitki yoktu,
bu da demek oluyor ki hiç çim mevcut değildi.
Çam ağaçlarıyla ve eğrelti otlarıyla kaplı bir manzara hayal edin.
Aynı zamanda küçük kertenkeleler de vardı,
memeliler, böcekler,
etçil veyahut otçul sürüngenler --
hepsi aynı kaynaklar için savaşıyordu.
Hikayenin önemli bir unsuru da
günümüzdeki yüzde 21 ile kıyasladığımızda oldukça düşük kalan oksijen seviyesinin
yaklaşık yüzde 15 olduğu tahmin ediliyor.
Yani dinozorlar için bu düşük oksijen seviyesini solumak
oldukça önemli olmalıydı;
yalnızca hayatta kalmak için değil,
gelişip çeşitlilik gösterebilmek için de.
Peki bir dinozordan tüm kalan genelde fosilleşmiş iskeleti ise
dinozor ciğerlerinin neye benzediğini nasıl biliyoruz?
Kullandığımız tekniğin adı "filogenetik ağaçlandırma."
Bu; evrim ağacında, dinozorların yaşayan mirasçılarının anatomilerini --
bu vaka için ciğer ve iskeletlerini --
incelediğimizi söylemenin havalı bir yolu.
Böylece dinozorların öz torunlarını,
yani kuşları incelemeye koyulduk;
sonrasında yaşayan en yakın akrabalarını,
yani timsahları mercek altına aldık;
daha sonra kuzenleri diyebileceğimiz
kertenkeleler ve kaplumbağalar araştırma konumuz oldu.
Ardından bu verileri fosil kayıtlarına işledik
ve böylece dinozorların ciğerlerini yeniden oluşturabildik.
Bu belirli örnekte,
dinozorların iskeleti, günümüz kuşlarınınkini oldukça andırıyor.
Dinozorlar, bu dönemde ilkel memelilerle rekabet halinde olduğu için
memeli ciğerinin basit yapısını anlamak son derece önemli.
Akciğerin genel yapısını hatırlatmak amacıyla,
ödüllere boğulan yüz
köpeğim Truvalı Mila
modelimiz olacak.
(Kahkaha)
Bu hikaye bir göğüs boşluğunda geçiyor.
Sizden bir köpeğin göğüs kafesini hayal etmenizi istiyorum.
Omurganın nasıl yere tamamen paralel olduğuna
dikkatinizi çekmek istiyorum.
İki ya da dört ayak üzerinde yürümeleri fark etmeksizin
üzerinde duracağımız bütün hayvanların omurgaları
buna benzer şekilde olacak.
Şimdi sizden hayali göğüs kafesinin içine dalıp etrafa bakınmanızı istiyorum.
Burası göğüs çatımız.
Burası, akciğerlerin üst kısmının kaburga ve omurgayla
direkt temasa geçtiği bölge.
Bu arayüz hikayemizin geçtiği yer.
Şimdi sizden bir köpeğin ciğerlerini hayal etmenizi istyorum.
Dışarıdan bakınca nefes alma sırasında şişen,
nefes verme sırasında büzülen;
dev, şişirilebilir bir poşet gibi.
Poşet içinde dallanan birtakım tüpler mevcut
ve bu tüplere bronş ağacı deniyor.
Bu tüpler içeri çekilen oksijeni, eninde sonunda alveollere aktarıyor.
İnce bir zardan difüzyon ile damar yoluna geçiyor.
Bakın, burası çok önemli.
Tüm memelilerin akciğerleri hareketlidir.
Yani tüm solunum süresince hareket ediyor,
dolayısıyla bu ince zar, kan-gaz bariyeri,
fazla ince olamaz, yoksa parçalanır.
Kan-gaz bariyerini aklınızda tutun, ileride döneceğiz.
Hala benimle misiniz?
Çünkü kuşlara geçiyoruz ve işler çığırından çıkmak üzere,
koltuklarınıza kenetlenin.
(Kahkaha)
Kuşlar, memelilerden tamamen farklı.
Biz de dinozorların ciğer modelini oluşturmak için
kuşları kullanıyor olacağız.
Kuşlara gelecek olursak,
hava ciğerden geçiyor ancak ciğer ne şişiyor ne de büzülüyor.
Ciğer hareketsiz bırakılmış
ve kuru bir sünger görünümünde.
Esnek olmayan bir yapıda, üstten ve yanlardan göğüs kafesi ile
ve alttan yatay bir zar ile sabitlenmiş durumda.
Bronş ağacından dallanan,
ciğerin ötesindeki bir dizi esnek, poşet benzeri yapılar yardımıyla
solunum tek yönlü olarak gerçekleşiyor
ve bu yapılara hava torbaları diyoruz.
Bu son derece narin sistem,
göğüs çatısı boyunca uzanan çatal kaburgalar ile
yerine sabitlenmiş durumda.
Ayrıca çoğu kuş türünde
hava keselerinden ve ciğerden birtakım uzantılar çıkıp
iskelet sistemini işgal ediyor --
genelde omurgayı, bazen de kaburgaları --
ve solunum sistemini yerine sabitliyor.
Buna "omurga boşluğu" deniyor.
Çatal kaburgalar ve omurga boşluğu
fosil kayıtlarında arayabileceğimiz ipuçlarından
çünkü bu iki iskelet özelliği
dinozorların solunum sistemi bölgelerinin
sabit olduğunu gösterir.
Solunum sisteminin bu şekilde yerine sabitlenmesi,
oksijenin damar yoluna geçtiği kan-gaz bariyerinin incelmesi için
evrime zemin hazırladı.
Hareketsizlik bunu sağladı
çünkü ince bir bariyer zayıf bir bariyerdir
ve zayıf bir bariyer, eğer bir memeli ciğerinde olduğu gibi
sürekli havalandırmaya maruz kalırsa parçalanır.
Peki, bunu neden önemsiyoruz?
Ne anlama geliyor?
Oksijenin difüzyonu ince zarlarda daha kolay gerçekleşir
ve ince bir zar
özellikle Trias Devri'ndeki gibi düşük oksijen şartlarında
solunumu kolaylaştırmak için iyi bir yoldur.
Bu demek oluyor ki eğer dinozorlar gerçekten böyle bir ciğer yapısına sahipse
solunum için, memeliler dahil olmak üzere,
diğer tüm hayvanlardan daha iyi donatılmıştı.
Modern hayvanların anatomilerini ele alıp
fosil kayıtlarıyla karşılaştırdığımız
filogenetik ağaçlandırma metodunu hatırlıyor musunuz?
Birinci ipucu, modern kuşların çatal kaburgalarıydı.
Bunlardan dinozorların büyük bir çoğunluğunda bulunuyor.
Yani bunun anlamı, dinozorların ciğerlerinin üst kısmı
tıpkı modern kuşlardaki gibi
yerine sabitlenmiş durumda olacaktır.
İkinci ipucu, omurlardaki boşluk.
Bunu, yırtıcı dinozorları kapsayan
ve modern kuşlara zemin hazırlayan
saropod ve teropod dinozorlarında görüyoruz.
Dinozorlarda fosilleşmiş ciğer dokuyla ilgili kanıt bulamazken
omursal boşluk bize yaşam süreleri boyunca
bu hayvanların ciğerlerinin ne yaptığını anlatıyor.
Ciğer dokusu ya da hava kesesi dokusu, omurları işgal edip
tıpkı modern kuşlardaki gibi içlerini oyuyordu
ve solunum sisteminin parçalarını yerine sabitleyip
hareketsiz bırakıyordu.
Çatal kaburgalar
ve omursal boşluk, beraberce,
solunum sistemini yerine sabitleyip
hareketsiz bırakılmış, sabit bir yapı oluşturarak
bugün modern kuşlarda gördüğümüz
son derece hassas, oldukça ince kan-gaz bariyerinin evrimine izin verdi.
Dinozorlardaki bu adeta deli gömleği giydirilmiş ciğerin kanıtları,
Trias Dönemi'nin oksijen fakiri atmosferinde
solunum yapabilecek kapasitede bir ciğer
geliştirebilecek yeterlilikte olduklarını gösteriyor.
Dinozorlardaki bu sabit iskelet sistemi
diğer hayvanlara, özellikle esnek ciğerleri Trias Dönemi'ndeki
oksijence fakir atmosfere uyum sağlayamamış memelilere karşı
oldukça mühim bir avantaj sağlar.
Bu anatomi dinozorlara, diğer hayvanlara karşı
avantajlarını sağlayan gizli silah olabilir.
Bu, dinozor çeşitlenmesi hipotezini sınamak için
harika bir başlangıç noktası sağlıyor.
Bu, dinozorların başlangıcının hikayesi
ve bizim bu konu üzerine olacak çalışmalarımızın yalnızca başı.
Teşekkürler.
(Alkış)
Chúng ta đều nghe về lý do khủng long tuyệt chủng.
Câu chuyện tôi sắp kể cho bạn
xảy ra hơn 200 triệu năm trước khi khủng long tuyệt chủng.
Câu chuyện bắt đầu từ thời điểm
khủng long bắt đầu xuất hiện.
Một trong những bí ẩn lớn nhất với tiến hóa sinh học
là tại sao khủng long thành công như vậy.
Điều gì khiến loài này thống trị trái đất trong nhiều năm như vậy?
Khi ta nghĩ về sự kỳ diệu của khủng long
người ta thường nói đến loài lớn nhất hoặc nhỏ nhất,
hoặc loài nhanh nhất,
hoặc loài có nhiều lông vũ nhất,
hoặc loài có vẻ bề ngoài, bộ gai hay hàm răng kỳ lạ nhất.
Nhưng có lẽ câu trả lời lại nằm ở cấu trúc bên trong cơ thể của chúng
có thể nói là một vũ khí bí mật.
Tôi cùng các đồng nghiệp cho rằng điều đó đến từ những lá phổi.
Tôi là một nhà cổ sinh vật học và một nhà giải phẫu học so sánh,
và tôi rất hứng thú với việc tìm hiểu về
tại sao lá phổi độc đáo lại giúp chúng trở thành kẻ thống trị.
Nào hãy cùng tôi trở về thời điểm hơn 200 triệu năm về trước
ở kỷ Tam Điệp.
Điều kiện sống vô cùng khắc nghiệt,
vắng bóng thực vật hạt kín,
đồng nghĩa rằng cũng không có cỏ.
Hãy tưởng tượng một vùng đất tràn ngập thông và dương xỉ.
Cùng thời điểm đó, cũng có những loài bò sát nhỏ,
động vật có vú, côn trùng,
cùng những loài bò sát ăn thịt và ăn cỏ
cạnh tranh những nguồn tài nguyên chung.
Điểm then chốt ở đây
là hàm lượng ước tính khí ô-xy trong khí quyển là khoảng 15%,
so với con số ngày nay là 21%.
Việc có thể thở là một điều vô cùng quan trọng
trong môi trường ít khí ô-xy
không chỉ để tồn tại
mà còn phát triển và nhân rộng.
Vậy, làm sao chúng ta có thể biết những lá phổi trông như thế nào,
khi dấu vết sót lại của khủng long thường chỉ là bộ xương hóa thạch?
chúng tôi đã dùng phương pháp "so sách tiến hóa với các loài hiện đại".
Đây là một cách mỹ miều khi chúng tôi nói về giải phẫu học
đặc biệt ở đây là những lá phổi và bộ xương
của con cháu đang hiện hữu của khủng long trên cùng cây tiến hóa.
Chúng tôi xem xét giải phẫu của chim
dòng dõi trực tiếp của khủng long
và chúng tôi đã xem xét giải phẫu của cá sấu
loài được coi là họ hàng gần gũi nhất,
và chúng tôi đã nghiên cứu giải phẫu của thằn lằn và rùa,
những loài được coi là anh em họ.
Dữ liệu về giải phẫu học sau đó được so sánh với dữ liệu về hóa thạch,
chúng tôi sau đó có thể tái tạo lại những lá phổi của khủng long.
Và ở trong nghiên cứu này,
chim hiện đại có bộ xương gần giống với khủng long nhất.
Và cũng bởi vì khủng long cạnh tranh với thú có vú trong giai đoạn này,
nên việc hiểu được cấu trúc phổi của thú đóng vai trò rất quan trọng.
Và để giới thiệu cho quý vị về phổi nói chung,
chúng tôi sẽ dùng chú chó của tôi Mila of Troy,
gương mặt xứng đáng hàng ngàn phần thưởng,
như một người mẫu.
(Tiếng cười)
Tất cả diễn ra bên trong lồng ngực.
Vì vậy tôi muốn minh họa bằng lồng ngực của một chú chó.
Hãy nhìn cách sắp xếp xương sống
nằm hoàn toàn song song với mặt đất.
Đó chính là cấu trúc xương sống chung
cho các loài động vật khác đang được đề cập đến,
dù chúng đi bằng hai chân
hay bốn chân.
Còn bây giờ tôi muốn khám phá bên trong cái lồng ngực minh họa này.
Đây là phần vòm của lồng ngực.
Đây là nơi bề mặt của những lá phổi tiếp xúc trực tiếp
với xương sườn và xương sống.
Điểm tiếp xúc này là nơi câu chuyện của chúng ta diễn ra.
Bây giờ tôi muốn minh họa những lá phổi của một chú chó.
Bề ngoài trông giống như một túi khí lớn
nơi tất cả các bộ phận bên trong đều dãn nở khi hít vào
và thu nhỏ khi thở ra.
Ở bên trong, đó là hàng loạt những nhánh ống nhỏ,
và những chiếc ống này được gọi là cây phế quản.
Những chiếc ống này vận chuyển ô-xy tới điểm cuối cùng các phế nang.
Chúng đi qua một lớp màng mỏng để hòa trộn vào dòng máu.
Vâng, đặc điểm này là rất quan trọng.
Toàn bộ lá phổi của thú thì không cố định.
Điều này có nghĩa rằng nó vận động trong suốt quá trình hô hâp,
vậy lớp màng mỏng, tức hàng rào khí máu,
không thể nào quá mỏng, nếu không nó sẽ rách.
Nào, hãy lưu tâm đến hàng rào khí máu, bởi chúng ta sẽ nhắc về nó sau.
Các vị vẫn lắng nghe chứ?
Bởi vì chúng ta sẽ bắt đầu với chim và sẽ rất lý thú,
hãy cứ an tọa quý vị nhé.
(Tiếng cười)
Chim thì rất khác với thú.
Chúng ta sẽ dùng chim làm hình mẫu
để tái tạo những lá phổi khủng long.
Và ở chim thì,
không khí đi qua phổi, nhưng phổi lại không hề co dãn.
Lá phổi được cố định,
nó có cấu trúc lỗ dày đặc
không hề đàn hồi nhưng dính chặt vào vòm và cạnh bên của lồng ngực
và cả ở phần dưới bởi một lớp màng.
Sau đó không khí lưu thông gián tiếp
qua hàng loạt những thành phần đàn hồi dạng túi
từ nhánh của cây phế quản,
cách xa lá phổi,
được gọi là những túi khí.
Toàn bộ sự sắp xếp tinh tế này được bó gọn trong một không gian
bởi một loạt xương sườn dạng dĩa
nằm dọc theo vòm lồng ngực.
Tương tự, ở rất nhiều loài chim,
sự phát triển của phổi,
và ở các túi khí,
đã xâm nhập vào mô của xương--
thông thường là xương sống, và đôi khi là xương sườn,
và chúng giữ trật tự cho hệ hô hấp.
Hiện tượng này đươc gọi là "khí nén cột sống".
Bộ xương sườn dạng dĩa và khí nén cột sống
là hai manh mối mà chúng ta có thể tìm được trong giữ liệu về hóa thạch,
bởi vì hai đặc điểm này của bộ xương
sẽ chỉ ra những vị trí trong hệ hô hấp của khủng long
nằm cố định.
Sự cố định của hệ hô hấp này
tạo điều kiện để hàng rào khí máu trở nên mỏng hơn,
qua lớp màng mỏng đó mà ô-xy có thể trộn lẫn với dòng máu.
Sự cố định tạo điều kiện cho điều này bởi một tấm chắn mỏng thì thường yếu,
và tấm màn chắn yếu này sẽ bung ra khi không khí đi qua
giống như một lá phổi của thú.
Vậy vì sao ta cần biết điều này?
Tại sao nó lại quan trọng?
Khí ô-xy sẽ dễ dàng hơn khi đi qua một lớp màng mỏng,
và một lớp màng mỏng là một phương thức để tăng cường sự hô hấp
trong điều kiện thiếu khí ô-xy
điều kiện tương tự như trong kỷ Tam Điệp.
Vì vậy, nếu như khủng long thực sự có lá phổi như vậy,
chúng hẳn sẽ thở tốt hơn tất cả các loài động vật khác,
bao gồm cả thú.
Vậy bạn có nhớ phương pháp so sách tiến hóa với các loài hiện đại
trong đó chúng ta đã dùng giải phẫu của động vật hiện đại,
để áp dụng với giữ liệu về hóa thạch?
Manh mối đầu tiên là cấu trúc xương sườn dạng dĩa ở chim.
Chúng tôi đã tìm thấy điều này ở phần lớn các loài khủng long.
Vậy điều này có nghĩa rằng bề mặt của những lá phổi của khủng long
sẽ được cố định,
giống như nhưng loài chim hiện đại.
Manh mối thứ hai là khí nén cột sống.
Chúng tôi tìm thấy ở khủng long Sauropod và khủng long Theropod,
đây là nhóm bao gồm những loài khủng long săn mồi,
tổ tiên của những loài chim hiện đại.
Trong khi các bằng chứng hóa thạch mô phổi ở khủng long chưa được tìm ra,
thì khí nén cột sống đã cho chúng ta thấy cách hoạt động của lá phổi
trong vòng đời của những loài này.
Mô phổi và túi khí đã xâm nhập vào các đốt sống,
tạo ra những khoảng trống giống như chim hiện đại,
và giữ trật tự cho nhiều thành phần trong hệ hô hấp,
bằng cách cố định chúng.
Xương sườn dạng dĩa
cùng với sự nén khí cột sống
đã tạo nên một bộ khung cố định vững chắc
cố định hệ hô hấp
cho phép hàng rào khí máu trở nên vô cùng mỏng manh
điều mà ta có thể thấy ở các loài chim ngày nay.
Bằng chứng về lá phổi được cố định ở khủng long
chứng minh rằng chúng có khả năng phát triển một lá phổi
có khả năng giúp chúng thở
khi cơ thể thiếu ô-xy hay trong môi trường có hàm lượng ô-xy thấp như ở kỷ Tam Điệp.
Bộ xương với trình tự nghiêm ngặt đã giúp khủng long
thích nghi với môi trường tốt hơn các loài khác rất nhiều, đặc biệt là thú,
với lá phổi dãn nở không thể thích ứng
khi cơ thể thiếu ô-xy hay môi trường ít khí ô-xy ở kỷ Tam Điệp.
Đặc điểm giải phẫu này đã trở thành một vũ khí bí mật của khủng long
giúp chúng có một lợi thế so với các động vật khác.
Và cho chúng ta một bệ phóng tuyệt vời
để bắt đầu nghiệm chứng giả thuyết về sự đa dạng của khủng long.
Đây là câu chuyện về sự bắt đầu của loài khủng long,
và nó chỉ là sự khởi đầu câu chuyện nghiên cứu của chúng ta về chúng.
Xin cảm ơn.
(Vỗ tay)
我们都听说过恐龙是如何灭绝的。
我接下来要讲的故事
发生在超过两亿年前 恐龙还未灭绝的时候。
这个故事要从头开始，
那时恐龙刚刚开始繁衍。
进化生物学最大的谜团之一
就是恐龙为什么那么成功。
它们如何在地球上称霸多年？
当人们感叹恐龙的神奇时，
他们通常会联想到 体型最大或最小的恐龙，
或是速度最快的，
或是羽翼最丰满的，
有着最奇异的铠甲，尖刺或利齿的。
但是答案也许是它们的身体结构——
这种所谓的秘密武器。
我和同事们都认为是它们的肺。
我是一名古生物学家 也是一名比较解剖学家，
我十分想了解恐龙如何用
它们特殊的肺来称霸地球。
我们现在要倒退到两亿年前的
三叠纪时代。
那里的环境十分严酷，
没有开花的植物，
也就意味着没有草。
想象一片只有松树和蕨类的土地。
同时，还有小型蜥蜴，
哺乳动物，昆虫，
而且还有食肉和食草 的爬虫类动物——
都在为相同的资源而竞争。
这个故事还有重要的一点，
就是当时的大气层中 的氧气含量只有 15%，
现在则是 21%。
所以对恐龙来说， 在这种低氧环境中呼吸
是至关重要的，
不仅仅为了生存，
还要能繁衍和多样化。
那我们是如何知道 恐龙的肺长什么样子呢？
它们遗留下来的只有化石骨架了。
我们采用的方法 是“现存系统发育分组”。
这只是一个专业名词， 意思是我们研究的生物结构——
在这个例子中，尤其是肺和骨架——
来自于恐龙在进化树中现存的后裔。
于是我们会研究鸟类的生物结构，
也就是恐龙的直接后代，
我们还会研究鳄鱼，
它们是恐龙最近的亲戚，
还有蜥蜴和龟类，
它们也算是恐龙的表兄弟。
然后我们把这些生物结构数据 应用到化石记录中，
这样我们就可以重建恐龙的肺结构。
在这个例子中，
恐龙的骨架和鸟类最相似。
因为在远古时代 恐龙曾和哺乳动物竞争，
那么了解哺乳动物 的肺结构就尤为重要。
为了让你们重新熟悉肺结构，
我就用我的狗狗米拉——
它可爱到可以骗取无数零食——
来做模型。
（笑声）
我们先来看看胸腔结构。
我想让你们先想象一下 一只狗的肋骨。
设想脊椎和脊柱
是和地面平行的。
我们接下来要讲的 所有动物的脊椎脊柱
和这个是一样的，
无论是两条腿走路的
还是四条腿。
想象我们在胸腔内部， 然后朝上看。
那是我们的胸椎顶部。
在这里我们的肺的最上部 会和肋骨，脊椎
有直接接触。
这个界面就是我们要讨论的地方。
现在你们可以想象一只狗的肺。
在外面看似一个巨大的充气袋子，
吸气时会膨胀，
呼气时会收缩。
在袋子里面有一系列的分支气管，
这些气管叫做支气管树。
这些气管把吸入的氧气运送到肺泡。
氧气再穿过一层薄膜 扩散进入血流。
这一步很关键。
哺乳类动物的整个肺是可移动的。
这意味着在整个呼吸过程中 它都在移动，
所以那层血气屏障
如果太薄的话容易破损。
我们等会儿还要回到那层薄膜。
你们还跟得上吗？
我们现在开始要讲鸟类了，
准备好。
（笑声）
鸟类和哺乳类动物完全不一样。
我们要用鸟类作为模型来
重造恐龙的肺。
在鸟类中，
空气通过肺， 但是肺部并不会膨胀或收缩，
它们的肺是无法移动的，
质地和一块厚海绵一样，
在肋骨的顶部和侧面都有连接， 还有底部水平的薄膜，
导致肺无法移动。
有一系列灵活的袋状结构
为它们的肺提供单向通风，
这些结构从支气管树延伸
到肺部的外面，
它们叫做气囊。
这个错综复杂的结构沿胸腔顶部
被一系列
分叉的肋骨锁定到位。
而且，在许多鸟类体内，
肺部上方以及气囊包含
的延伸的结构
会扩张到骨骼组织中——
通常是椎骨，有时是肋骨——
它们让整个呼吸系统得到固定。
这个结构叫做“椎体气动性”。
这些分叉的肋骨和椎体气动性
是两个在化石中有迹可循的线索，
因为这两个骨骼特征
表明恐龙的呼吸系统
也是不可移动的。
呼吸系统的不可移动性
推动了血气屏障—— 也就是那层协助氧气
扩散到血液中的薄膜—— 朝着变薄的方向进化。
肺的不可移动性可以使 那层薄膜变得脆弱，
那层薄膜在十分通风的情况下 很容易破裂，
就像哺乳类动物的肺 所处的环境一样。
我们为什么要关心这个呢？
有什么意义吗？
氧气更容易通过薄膜扩散，
薄膜是在低氧环境下
提高呼吸率的一种办法——
比如三叠纪的低氧环境中。
如果恐龙的确有这种肺结构，
它们就比别的动物 具备更好的呼吸系统，
包括哺乳动物。
你们还记得现存系统发育分组法吗？
也就是我们用现代动物的构造
来应用到化石记录中。
线索一就是现代鸟类的分叉的肋骨。
这一点在几乎所有恐龙中都可以找到。
这意味着恐龙的肺的顶部
是锁定到位的，
就像现存的鸟类一样。
线索二是椎体气动性。
我们在蜥脚类恐龙和兽脚类恐龙，
也就是掠食性恐龙中， 都可以找到，
它们也就是现代鸟类的祖先。
虽然我们没有恐龙的肺化石，
但椎体气动性可以告诉我们 恐龙存活时
肺的大致功能。
肺组织和气囊组织侵入椎骨中，
使其变成空心，就如现代鸟类一样，
使部分呼吸系统锁定在位，
让肺无法移动。
分叉的肋骨
和椎体气动性一起
创造了一个无法移动的， 坚硬的构架，
把整个呼吸系统锁定到位，
使得我们今天在现代鸟类身上 看到的超薄、超脆弱
的血气屏障得以进化。
恐龙有不可移动肺的证据
意味着它们可以演化出一个
能在低氧环境中呼吸的肺，
让它们在三叠纪大气层中得以存活。
这样的肺结构使它们
与其他动物，尤其是哺乳类动物相比， 有巨大的适应性优势，
因为其他动物可移动的肺
无法适应三叠纪的低氧环境。
这样的生物结构也许 就是恐龙的秘密武器，
可以带给它们巨大的生存优势。
这也为我们去测试恐龙多样化
的假设提供了良好的基石。
这就是恐龙生存繁衍的故事，
也只是我们在这一领域研究的开端。
谢谢。
（掌声）
我們都聽過恐龍是怎麼滅絕的。
我要告訴各位的故事
發生的時間至少在 恐龍絕種前兩億年。
故事開始於最早的時期，
恐龍剛剛發跡時。
演化生物學中最大的謎題之一
就是為什麼恐龍能如此成功。
是什麼讓牠們能 主宰全球這麼多年？
談到為什麼恐龍如此了不起時，
通常大家會想到最大或最小的恐龍，
或者哪種恐龍最快，或羽毛最多，
或者最可笑的裝甲、尖刺，或牙齒。
但也許，答案和牠們的 內部解剖結構有關——
可以說是一種秘密武器。
我和我同事認為 關鍵在牠們的肺部。
我是古生物學家， 也是比較解剖學家，
我感興趣的是了解
特殊化的恐龍肺部 如何協助牠們掌管地球。
所以，我們要回到超過兩億年前，
三疊紀時期。
當時的環境非常嚴酷，
沒有會開花的植物，
這就表示也沒有草。
想像一片滿是松樹 和蕨類植物的地景，
同時，還有小型蜥蜴、
哺乳類動物、昆蟲，
還有肉食性和草食性的爬蟲類——
全都要競爭搶奪同樣的資源。
對這個故事很重要的一點是
估計當時的氧含量只有 15% 這麼低，
相對之下，現今是 21%。
所以，很重要的是，恐龍要能夠
在這種低氧的環境中呼吸，
不僅要能生存，
還要能茁壯和產生多樣性。
那麼，我們要怎麼知道 恐龍的肺部是什麼樣子，
畢竟恐龍留下來的部分 通常都只是骨骼的化石？
我們用的方法叫做 「延伸親緣包圍法」。
這是種很炫的說法，其實意思 就是我們會去研究解剖結構——
在這個例子中， 是研究肺部和骨骼——
從恐龍的演化樹上找出 現存的後裔來當研究對象。
所以，我們會研究 鳥類的解剖結構，
鳥類是恐龍的直屬後裔，
我們會去研究鱷魚類 動物的解剖結構，
牠們是恐龍最近的活親戚，
接著，我們會研究 蜥蜴和烏龜的解剖結構，
我們可以把牠們視為恐龍的表親。
接著，我們把這些解剖學 資料套用到化石記錄上，
然後，我們就可以依此 重新建造出恐龍的肺部。
在這個特殊的例子中，
恐龍的骨骼最接近現代鳥類。
因為，在這個時期， 恐龍要和早期的哺乳類競爭，
很重要的是要了解 哺乳類肺部的基本藍圖。
此外，為了讓各位 對肺部有一般性的了解，
我們要用我的狗， 特洛伊的米拉（標誌），
牠的臉出現在一千種 市面上的零食上，
用牠來當我們的模型。
（笑聲）
這個故事發生在胸腔內。
請各位視覺化想像狗的胸廓。
想想看牠的脊柱
完全和地面呈水平。
在我們等下要談的所有動物身上， 脊柱都是這個樣子的，
不論是用兩隻腳或四隻腳走路。
現在，請各位爬入 想像的胸廓中，向上看。
這是胸腔的頂部。
肺部的上表面會直接接觸到
肋骨和脊椎骨的這個地方。
我們的故事就始於這個交界面。
現在，請各位視覺化想像狗的肺部。
它的外部就像是一個 巨大的可充氣袋子，
在吸氣時，袋子的各部分都會擴張，
在吐氣時會收縮。
袋子內部，有一連串分歧的管子，
這些管子叫做支氣管樹。
吸入的氧氣
最終會被這些管子送到肺泡。
它們會透過擴散的方式， 穿過薄膜進入血液中。
這部分十分關鍵。
哺乳類的整個肺部都是移動式的。
意思就是，在整個 呼吸過程中它都在動，
因此，這片薄膜：血液－氣體屏障，
不能太薄，不然就會破裂。
請記著這片血液－氣體屏障， 我們等下會再談到它。
各位還在吧？
因為我們要開始談鳥類， 這部分會很讓人抓狂。
所以，坐穩了。
（笑聲）
鳥類和哺乳類完全不同。
而我們要用鳥類來當模型，
重新建造出恐龍的肺部。
在鳥類體內，
空氣會穿過肺部， 但肺部不會擴張或收縮。
肺部不會動，
它的材質就像是密實的海綿，
它沒有彈性，
且被胸廓從上方和側邊 固定在一個位置，
底部則是被一片水平的薄膜固定。
接著，它會單方向通氣，
方式是透過支氣管樹分枝出來的
一連串彈性袋狀結構，
這些結構在肺部外面，叫做氣囊。
這整個非常精緻的機構，
被一組交叉的肋骨固定住，
這些肋骨全都沿著胸腔頂部排列。
在許多鳥類物種當中，
肺部和氣囊會產生出延伸物，
它們會入侵到骨骼組織——
通常是脊椎，有時是肋骨——
它們會把呼吸系統固定好。
這就叫做「脊椎氣腔」。
交叉的肋骨和脊椎氣腔
是我們能在化石記錄中 獵尋的兩條線索，
因為這兩項骨骼特性
就代表恐龍的呼吸系統區域
是不會動的。
呼吸系統被固定住，
促使血液－氣體屏障演化， 變得越來越薄，
也就是氧氣擴散到血液中時
要穿過的那層薄膜。
因為這層薄屏障並不堅固，
要系統固定不動才有可能如此，
如果系統會主動通氣， 這片不堅固的屏障就會破裂，
像在哺乳類的肺部一樣。
所以，我們為何要在乎這點？ 這有什麼重要的？
氧氣比較容易透過薄膜擴散，
且，
在低氧的條件下，
薄膜是強化呼吸的一種方式——
比如三疊紀時期的條件 就是低氧的條件。
所以，如果恐龍確實有這種肺部，
牠們的呼吸能力 就會比其他動物更好。
包括哺乳類。
各位還記得延伸親緣包圍法嗎？
也就是把現代動物的解剖結構
應用到化石記錄上？
所以，第一條線索是 現代鳥類的交叉肋骨。
我們在大多數的恐龍身上 都找到這條線索。
這就表示，恐龍肺部的上表面
會被固定住，
就像現代鳥類一樣。
第二條線索是脊椎氣腔。
我們在蜥腳下目及獸腳亞目 恐龍身上都有找到，
這些恐龍包括了掠食性恐龍，
並導致現代鳥類的出現。
雖然我們沒有找到恐龍的 肺組織化石來當作證據，
脊椎氣腔給我們證據證明
這些動物活著的時候肺部如何運作。
肺部組織或氣囊組織在入侵脊椎，
掏空它們，就像現代鳥類一樣，
把呼吸系統區域固定住，
讓它們無法動彈。
交叉的肋骨
再加上脊椎氣腔
可以創造出不會動的堅硬框架，
把呼吸系統固定好，
因而能夠演化出超級薄、
超級細緻的血液－氣體屏障，
也就是現代鳥類體內的那種。
證明恐龍具有被束縛的肺部，
就意味著牠們有能力 可以讓肺部演化，
讓他們能夠在三疊紀時代的
低氧大氣中呼吸。
恐龍體內這種堅硬的骨骼結構
讓牠們在適應上比其他動物
（特別是哺乳類）有明顯優勢，
其他動物的肺部有彈性，
無法適應三疊紀時代的低氧大氣。
這項解剖結構可能是 恐龍的秘密武器，
讓牠們比其他動物更有優勢。
這也讓我們有很好的基礎，
可以開始測試恐龍多樣化的假設。
這個故事講的是恐龍的起源，
就我們對這個主題的研究而言， 這個故事只是個開端而已。
謝謝。
（掌聲）