Ну что ж, вот она и проба пера в эпистолярном жанре - судите строго и жду ваших мнений и вопросов в комментах!
У меня часто и на стримах, и просто в комментариях под видео спрашивали о том, как устроена дыхательная система птиц и динозавров, а также чем она хуже или лучше дыхалки млекопитающих. И кстати, как оказалось, вопрос этот не так прост на первый взгляд, как кажется сначала. В конце концов у млеков есть сложные альвеолярные легкие, маленькие безъядерные и ОЧЕНЬ-ОЧЕНЬ-ОЧЕНЬ эффективные эритроциты. В тоже время птицы и динозавры напротив имеют по-простецки устроенные легкие практически проточного типа, а также крупные и довольно примитивные эритроциты с ядрами. Всё говорит о том, что динозавры должны проиграть гонку по оксигенации крови - а значит и гонку метаболизмов тоже. Так ли это?
Сразу хочу сказать, что здесь не обсуждается метаболизм ранних млеков и ранних дино, но если тема зайдет, я могу коснуться и этой темы!
Для начала давайте разберемся с млекопитающими. Как я уже сказал выше, их дыхательная система представлена мешкообразными легкими, которые по сути своей собраны из множества альвеол. Сами по себе альвеолы - это пузырькообразные разрастания эпителиальной ткани, через поверхность которых происходит газообмен. Думаю здесь особо пояснять ничего не надо. На вдохе по градиенту концентрации из воздуха в альвеоле через эпителий в кровь попадает кислород, и по такому же градиенту уже внутрь альвеолы уходит углекислый газ. Ну и на выдохе этот "отработанный" воздух выходит наружу. Это если очень и очень упрощенно подойти к этому на самом деле сложному и комплексному физиологическому процессу.
Как вы прекрасно знаете, что легкие появились еще у ранних тетраподоморф (предковая группа для сухопутных четвероногих, то есть тетрапод), и представляли из себя по факту просто мешкообразную полость, которая является выростом передней кишки типичного хордового. Хордовые вообще любят издеваться над своей первичной кишкой, просто хлебом не корми, дай чего-нибудь там отрастить. И опять же, как вы прекрасно понимаете, простой мешок имеет довольно небольшую площадь газообмена. Да, этого хватит какому-нибудь там тиктаалику, чтобы переползти из одной лужи в другую, но при долгих и активных действиях на суше бедняга просто задохнется - газообмен не эффективен. Как же его повысить? Ну есть два способа - либо увеличить размер мешков, либо подойти к вопросу аки инженер и запилить в мешке перегородки, тем самым увеличив внутреннюю его площадь, пригодную для газообмена. Очевидно, что размеры легких ограничены размерами грудной полости, а значит бесконечно их не увеличишь - выходит, что таки придется ставить перегородки. По такому пути и пошли первые настоящие сухопутные тетраподы из группы, которую мы сейчас знаем как Амниоты.
Но, как наверно помнят мои подписчики, еще в конце каменноугольного периода, или по другому карбона, амниоты делятся на две группы - синапсид и завропсид. Синапсидная ветка - это ветка, в которой уже в конце триассового периода появятся первые млекопитающие, а завропсидная ветка - это ветвь рептилий, где в середине триаса появятся динозавры, из которых в начале юрского периода выделится группа летающих дино под названием птицы. И вот здесь то и начинаются разительные отличия.
Синапсиды, в лице цинодонтов к концу триаса попадают под ядреное такое давление мелких и среднеразмерных динозавров, что заставляет этих предков млекопитающих уходить в очень и очень малоразмерные ниши. Достаточно вспомнить таких маммалиморф как например морганукодоны и кюнеотерии - эти животинки не достигали и размеров современной крысы, и были подножным кормом для набирающих эволюционные обороты динозавров. Проблема в том, что предки этих морганукодонов еще в конце пермского периода, задолго до появления динозавров выработали в себе относительно высокий обмен веществ, что позволяло поддерживать свою активность даже в утренние часы и в сумерках, охотясь на холоднокровных рептилий, когда они минимально активны. С появлением же динозавров цинодонты столкнулись с тем, что выживать они могут, только будучи мелкими норными насекомоедами, а относительно высокий уровень метаболизма позволял этим малявкам совершать вылазки за едой по ночам, когда динозавры обычно спали. Соответственно, размерам животного, уменьшались и размеры его кровеносных сосудов, в том числе и капилляров. В таком случае, чтобы маленькое сердечко млека окончательно не ёкнуло от нагрузок, нужно было уменьшать размер эритроцитов. Но и уменьшать можно только до определенного предела - ведь в клетке есть ядро, а это очень важная органелла, которая обеспечивает управление кучей метаболических фишек. Так и получилось, что на каком то из этапов, в конце триасового периода у первых млекопитающих появляются безъядерные эритроциты, а свободное от ядра место начинает занимать гемоглобин. Параллельно с этим легкие млекопитающих отказывают простецких камер с перегородками и развивают дополнительные выпячивания - альвеолы - которые еще больше увеличивают площадь газообмена в легких. В конце концов тепленькому животному нужно много кислорода, а значит и больше нужна и внутренняя площадь легких.
Так что, как видите, именно сильное измельчание цинодонтов, а за ними и первых маммалий привело к тому, что мы до сих пор имеем сложные, но все еще мешкообразные по своей сути, альвеолярные легкие, а также эритроциты без ядер с большим количеством гемоглобина. И да, отдельный эритроцит практически любого млека, что называется, на единицу массы, эффективнее эритроцита динозавра (птицы). Но почему тогда, имея такие крутые физиологические приблуды, после триасово-юрского вымирания 200 миллионов лет назад, правителями суши стали динозавры, но никак не млекопитающие? Оказывается, у динозавров тоже не всё так просто.
Динозавры и птицы, являясь представителями рептильной ветки амниот под названием завропсиды, также на первых порах угорали по дольчатым легким и ни о каких альвеолах слыхом не слыхивали. Точнее как сказать - не сами динозавры, а их предки из пермского периода. При этом отличительной во многом чертой для всех предков динозавров является постепенное развитие пневматизации костей, а часто и всего тела. Пневматизация - это формирование внутри трубчатых и губчатых костей, а также внутри тел позвонков специальных воздушных полостей, связанных протоками с остальной дыхательной системой. Позже, уже архозавры из группы орнитодир формируют систему внутренних воздушных мешков, которые располагаются в шейном отделе, в груди и даже в брюшной полости. Воздушные мешки позволяли облегчить тело животного, а также сделать кости более легкими без потери прочности, и видимо именно появление такой воздухоносной системы и стало основой успеха динозавров. Маловесное и довольно проворное животное, которое еще и стоит на двух ногах - это довольно опасный противник для любого из предков млекопитающих. Но при этом сами по себе легкие динозавров так и остались довольно примитивными, как же так? А выход как раз в системе воздушных мешков, которые обеспечили динозаврам, а затем уже и птицам так называемое проточное (двойное) дыхание.
Да-да, именно что двойное дыхание в том виде как вы сейчас подумали. Легкие птицы и большинства динозавров в момент повышения активности работают на постоянном вдохе - когда отработанный воздух их покидает, то сразу же закачивается новый, прямиком из воздушных мешков. Схему дыхания вы можете посмотреть на картинке, думаю разобраться не сложно. Также несложно, как и понять эффективность работы такой системы. Но как мы все прекрасно знаем, динозавры - это зачастую довольно некрупные животные - как они решили проблему ядер в эритроцитах? Ответ - НИКАК не решили, но практически полностью её нивелировали.
И помогло это понять изучение лакун остеоцитов в трубчатых костях многих дино. Видите ли в чем дело, когда остеоцит создает вокруг себя новую костную ткань, то постепенно он себя же в этой ткани и замуровывает постепенно скукоживаясь чуть ли не до размеров своего ядра. Таким образом по размеру полости лакуны можно узнать, какого размера было ядро у того или иного вымершего животного. А по размеру ядра можно установить примерный размер генома, а также количество так называемой "мусорной ДНК". Так вот, оказалось, что ядра клеток как птиц, так и остальных динозавров, особенно из группы теропод, довольно маленькие и содержат довольно компактный геном. Для эритроцита птицы и динозавра этот факт означает, что сжатое ядро дает больше места для размещения гемоглобина, а также позволяет сделать эритроцит меньше, чем у более примитивных и менее метаболитически активных групп рептилий. Сам же полученный эритроцит динозавра при этом будет относительно менее эффективным, чем эритроцит млекопитающего, но двойное проточное дыхание и высокая частота сердечных сокращений позволяют нивелировать данный недостаток. Да не просто нивелировать, а даже обогнать самых активных млеков по уровню насыщения крови кислородом.
Как видите рептилии и млеки пошли разными путями изобретая каждый свои костыли. Кто-то остался верен мешковатым легким, но сделал альвеолы и безъядерные эритроциты, кто-то наоборот, воспользовался примитивной пневматизацией и "изобрел" двойное дыхание, попутно получив компактный геном для минимизации размера клеток.
А вы что думаете на этот счет?
