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)