Tajna broń dinozaurów, która pozwoliła im zawładnąć planetą

Wszyscy słyszeliśmy teorie o tym, jak wyginęły dinozaury. Co doprowadziło do tego, że władały planetą tak długo? (Wskazówka: to nie ma nic wspólnego z ich rozmiarem, szybkością, kolcami czy fantastycznymi piórami). Cofnijmy się w czasie o 200 milionów lat przed wyginięciem dinozaurów z paleontologiem Emmą Schachner, żeby poznać nową teorię na temat ich historii.

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)