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)