Окаменелость 200-миллионной давности проливает свет на эволюцию способов дыхания динозавров

Международная группа ученых с помощью мощных рентгеновских лучей, полученных на Европейском синхротроне (ESRF), показала, как дышал вымерший южноафриканский динозавр 200-миллионной давности Heterodontosaurus tucki. Исследование опубликовано в журнале eLife 6 июля 2021 года.

В 2016 году ученые из Института эволюционных исследований Университета Витватерсранда в Йоханнесбурге (ЮАР) приехали в ESRF — Европейский синхротрон в Гренобле (Франция), самый яркий источник синхротронного излучения, — для проведения исключительного исследования: сканирования полного скелета небольшого растительноядного динозавра 200-миллионной давности. Образец динозавра является наиболее полной из когда-либо обнаруженных окаменелостей вида, известного как Heterodontosaurus tucki. Окаменелость была найдена в 2009 году в Восточно-Капской провинции ЮАР соавтором исследования Билли де Клерком из музея Олбани (Маханда, ЮАР). «Мой друг-фермер обратил мое внимание на этот образец, — говорит де Клерк, — и когда я увидел его, то сразу понял, что у нас в руках нечто особенное».

Несколько лет спустя команда ученых, используя сканы и новый алгоритм, разработанный учеными ESRF, виртуально реконструировала скелет гетеродонтозавра в беспрецедентных деталях и таким образом показала, как дышал этот вымерший динозавр. «Этот образец представляет собой поворотный момент в понимании эволюции динозавров», — объясняет Виктор Радермахер, автор работы, доктор философии из ЮАР, ныне работающий в Университете Миннесоты (США).

Цифровой скелет южноафриканского динозавра Heterodontosaurus, полученный в результате сканирования на Европейском синхротроне ESRFn, Франция, демонстрирующий полный образец и новую анатомию. Credit: Vincent Fernandez, ESRF, NMHN

Не все животные используют одни и те же методы и органы для дыхания. У человека легкие расширяются и сжимаются. У птиц воздушные мешки находятся вне легких и подают в них кислород, при этом их легкие фактически не двигаются. Долгое время палеонтологи полагали, что все динозавры дышат как птицы, поскольку у них сходная анатомия дыхания. Однако исследование показало, что гетеродонтозавр не дышал — у него были лопатообразные ребра и маленькие, похожие на зубочистки кости, а для дыхания он расширял грудь и живот.

Гетеродонтозавр — один из самых древних и первых эволюционировавших орнитозавров, к которым относятся такие фавориты, как трицератопс, стегозавр и утконосые динозавры. Гетеродонтозавр жил в начале юрского периода, около 200 млн. лет назад, пережив вымирание в конце предыдущего триасового периода. Понимание того, как дышал этот динозавр, может также помочь палеонтологам выяснить, какие биологические особенности позволили некоторым динозаврам выжить или стали причиной их вымирания.

«Мы давно знаем, что скелеты орнитозавров радикально отличались от скелетов других динозавров», — объясняет Ричард Батлер из Школы географии, наук о Земле и окружающей среде Бирмингемского университета (Великобритания). «Эта новая удивительная окаменелость помогает нам понять, почему орнитисхии были столь самобытны и успешны», — добавляет он.

Новый экземпляр Heterodontosaurus tucki AM 4766, которого ласково называют «Туки». Справа — цифровая реконструкция анатомии, полученная благодаря сканированию ESRF. Кредит: Виктор Радермахер

Данное исследование является результатом многолетнего сотрудничества палеонтологов из Южной Африки и ESRF, где были разработаны неинвазивные методики специально для палеонтологических исследований. «Такое исследование можно было провести только на синхротроне», — говорит Винсент Фернандес, научный сотрудник Музея естественной истории в Лондоне (Великобритания), соавтор исследования и бывший научный сотрудник ESRF. «Характеристики рентгеновского излучения ESRF в сочетании с конфигурацией высокоэнергетического пучка сделали возможным сканирование этого динозавра размером с индейку».

Это прекрасный пример разнообразия жизни на Земле. «Главная мысль заключается в том, что существует множество способов дышать», — сказал Радермахер. «И самое интересное в жизни на Земле то, что у всех нас есть разные стратегии для выполнения одних и тех же действий, и мы только что обнаружили новую стратегию дыхания».

«Подобные исследования подчеркивают, что ископаемые Южной Африки в очередной раз помогают нам понять эволюционное происхождение», — сказал старший автор работы Джона Чойниер, профессор Института эволюционных исследований Университета Витватерсранда (Южная Африка).

Ссылка: «A new Heterodontosaurus specimen elucidates the unique ventilatory macroevolution of ornithischian dinosaurs» by Viktor J Radermacher, Vincent Fernandez, Emma R Schachner, Richard J Butler, Emese M Bordy, Michael Naylor Hudgins, William J de Klerk, Kimberley EJ Chapelle and Jonah N Choiniere, 6 July 2021, eLife . DOI: 10.7554/eLife.66036

Авторы Виктор Радермахер, Кимберли Шапель и Иона Чойньер получили поддержку в виде грантов от NRF-African Origins Platform, Centre of Excellence in Palaeosciences и Palaeontological Scientific Trust. Участие ЮАР в работе ESRF, европейского синхротрона, поддерживается NRF и DSI.