Evoluční kladogram synapsidů. Kredit: Wikipedia, upraveno podle Laurin, M. et al., Kemp, T.S. (2011) a The Tree of Life Web Project

Synapsida je, ale zejména byla, velká skupina obratlovců, která se od pozdního karbonu evolučně větvila do řádů, podřádů, čeledí, které postupně vyhynuly. Přežila jen naše evolučně nejmladší třída savců. A ti jsou všichni teplokrevní. Tato danost se vyvinula až v průběhu času, takže musel existovat evoluční tlak, který ji u některých synapsidů v určitém prostředí zvýhodňoval. I my jsme důkazem, že to přispělo k přežití. Kdy se ale teplokrevnost v savčím vývojovém rodokmenu objevila? Na tuto otázku se snažilo najít odpověď několik studií a jejich závěry se navzájem dost liší. Například v květnu 2017 vědci z Univerzity v Bonnu na základě výzkumu speciální kolagenové fibrolamelární struktury kostí určili vznik teplokrevnosti na dobu před asi 290 až 300 miliony lety a prvním teplokrevným předkem savců měl být obrovské ještěrce podobný Ophiacodon dorůstající až tří metrů. (zdroj).

Vnitřní ucho opičky kotule veverovitého: modře kostěné struktury, červeně měkké tkáně uvnitř. V rámci studie byly u existujících druhů zkoumány vztahy mezi těmito strukturami a endolymfou, aby podrobnosti funkce vnitřního ucha umožnily ve fosiliích určit, zda prehistoričtí živočichové byli teplokrevní, nebo ne. Kredit: Romain David

V tomtéž roce (2017), jen o dva měsíce později, tým francouzských, jihoafrických a čínských vědců na základě porovnání obsahu izotopů kyslíku v kostech a zubech „savcovitých plazů“ - therapsidů (patřících také do třídy Synapsida) z období permu a triasu došli k závěru, že teplokrevnost se vyvinula právě někdy mezi těmito geologickými periodami. Tedy někdy na konci karbonu před 259 až 252 miliony lety, a to jako výsledek adaptace na rychlé klimatické změny. Zatímco v permu - 47 milionů let trvajícím období před 298,9 až 251,9 miliony let – byli zkoumaní therapsidi (dicynodonti a cynodonti) chladnokrevní, v triasu (před 251,9 až 201,36 miliony let) byli již teplokrevní (zdroj). Takže podle této práce změna nastala o přibližně 40 milionů let později, než tvrdí předtím zmíněná německá studie.

Velikostní rozdíly mezi vnitřním uchem teplokrevného (vlevo) a studenokrevného (vpravo) savčího předka. Porovnání u zvířat s podobnou velikostí těla. Kredit: Romain David a Ricardo Araújo

I další výzkumy pak předpokládaný přechod k teplokrevnosti posouvaly do pozdějších období. K opačným extrémům patří i analýza, která se v únoru letošního roku objevila v BioEssays. Autoři v ní tvrdí že endotermie se prosadila až u pravých savců v období střední jury, tedy někdy před 175,6 až 164,7 miliony let (zdroj).

Nyní ale časopis Nature zveřejnil studii, která počátky endotermie opět posouvá hlouběji do minulosti, do období savčích předků žijících ve středním triasu, před 233 miliony let. Tedy před objevením se savců, kteří na scénu vstoupili před asi 200 miliony let pravděpodobně již s touto schopností ovládat tělesnou teplotu zděděnou od svých předchůdců.

Pod nejnovější studií je podepsáno 16 vědců z různých institucí v Portugalsku, Francii, Británii, Německu, Jihoafrické republice a USA. Samotný název „Biomechanika vnitřního ucha odhaluje pozdně triasový původ endotermie savců“ shrnuje základní informace. Vědci se zaměřili na vnitřní ucho, v němž jsou i tři polokruhovité duté kostěné kanálky, u živého organismu vyplněné endolymfou. Jsou součástí rovnovážného (vestibulárního) orgánu, který umožňuje mozku detekovat polohu hlavy nebo zrychlení pohybu.

Příklady koster různých druhů nesavčích therapsidů  Kredit: Radim Holiš, Fæ, Ghedoghedo a Ghedo, Wikipedia CC 4.0

Jak souvisí morfologie těchto kanálků s tělesnou teplotou? Zvýšená teplota snižuje viskozitu endolymfy, a tedy mění biomechaniku vnitřního ucha. Trvalé změně se musí přizpůsobit i tvar kostěných obloučků, jinak by teplokrevní organizmus, jehož behaviorální aktivita již není tak závislá na vnější teplotě, měl problém s koordinací pohybů. „Proto byly při přechodu k endotermii nutné morfologické adaptace k udržení optimálních výkonů a my jsme je mohli u předků savců sledovat," upřesňuje Romain David z Přírodovědeckého muzea v Londýně.

Pomocí nejmodernějších CT skenovacích technik a 3D modelování byli vědci schopni rekonstruovat vnitřní ucho u řady fosilii 56 vyhynulých druhů savčích předků (synapsidů) a podle zrekonstruované anatomie odhadnout původní tělesnou teplotu jednotlivých zvířat.

Vědci jsou přesvědčeni, že jejich určení vzniku teplokrevnosti v evoluční linii savců je v souladu s nedávnými zjištěními, že mnoho rysů obvykle spájených se savci, jako jsou vousy nebo srst, se také vyvinulo dříve, než se předpokládalo. Významnější však je, že výsledky výzkumu naznačují, že evoluční přechod od studeno k teplokrevnosti byl nečekaně rychlý. „Na rozdíl od současných vědeckých představ naše studie demonstruje, že k získání endotermie došlo z geologického hlediska překvapivě velmi rychle, za méně než milion let," upozorňuje na překvapivý závěr výzkumu hlavní autor Ricardo Araújo z Lisabonské univerzity. "Nejednalo se o postupný, pomalý proces trvající desítky milionů let, jak se dříve předpokládalo, ale možná k němu došlo rychle, když byly spuštěny nové metabolické dráhy podobné jako jsou u savců a vznikla srst."

"Původ savčí endotermie je jednou z velkých nevyřešených záhad paleontologie," říká Kenneth D. Angielczyk z Fieldova přírodovědného muzea v americkém Chicagu. Vzhledem na velký rozptyl vědecky podložených odhadů, kdy se v evoluční linii savců objevila endotermie, není proč s dr. Angielczykem nesouhlasit. On je ale přesvědčen, že ten jejich výsledek se nejlépe blíží skutečnosti: "Mnoho různých přístupů bylo použito k pokusu předpovědět, kdy se teplokrevnost poprvé vyvinula, ale často poskytly vágní nebo protichůdné výsledky. Myslíme si, že naše metoda je skutečně slibná, protože byla ověřena na velmi velkém počtu moderních druhů, a naznačuje, že endotermie se vyvinula v době, kdy do ní zapadly i mnohé další rysy tělesného plánu savců."

Zkoumané zkameněliny sice pochází z různých koutů světa, klíčovou roli ve studii však hrály nálezy z jihoafrické přírodní oblasti Karru. Tamní fosilie nabízejí nepřerušený záznam evoluce života v intervalu téměř 100 milionů let, detailně dokumentující transformaci z již zmíněných therapsidů (savcovitých plazů, objevili se v raném permu, asi před 275 miliony let) na savce (před asi 200 miliony let). Protože oblast Karru se v důsledku kontinentálního driftu v té době nacházela blíže k jižnímu pólu, podle vědců změna v geometrii vnitřního ucha je důsledkem vyšší tělesné teploty, a ne celkově teplejšího klimatu.

"Vzhledem k tomu, že jihoafrické klima bylo v průměru chladnější, změna viskozity tekutin ve vnitřním uchu mohla být způsobena pouze trvale vyšší tělesnou teplotou u savčích předků," vysvětluje Julien Benoit z Ústavu evolučních studií na jihoafrické Univerzitě ve Witwatersrandu (Wits University).

Video: Když savci byli plazy – příběh synapsidů. Rozhovor s Julienem Benoitem, paleontologem působícím v Ústavu evolučních studií na jihoafrické Witwatersrandské univerzitě. Ve svém výzkumu se zabývá původem savců. Je členem mezinárodního výzkumného týmu, který zveřejnil studii o změnách vnitřního ucha v souvislosti s evolucí endotermie.

Video: Synapsidi – dynastie, která vládla Zemi dvakrát

Literatura: Wits University News, Nature, další důležité odkazy v textu