Úvod
Byli dinosauři pomalí a nemotorní, nebo rychlí a hbití? To závisí na tom, zda jejich krevní oběh byl studeno (ektotermní)a nebo teplokrevný (homoiotermní). Když byli v polovině 19. století objeveni, paleontologové se domnívali, že museli spoléhat, tak jako dnešní plazi, až je sluníčko ráno zahřeje. Jenže pravdu mají spíše umělci, kteří velociraptory nebo T. rexe ztvárnili jako hbitá a rychlá stvoření ve filmu Jurský park. Takové pojetí ale svádí k představě regulované tělesné teploty, jako mají savci.
Americko německý tým vědců pod taktovkou Roberta Eagleho z California Institute of Technology vyvinul nový způsob měření teploty těla, který by mohl záhadu dinosaurů vyřešit. Poprvé získal přímou informaci o tom, zda měli studenou nebo teplou krev. Vědci k tomu dospěli rozborem izotopů v zubech sauropodů. Tato dlouhokrká stvoření byla největšími suchozemskými živočichy, kteří kdy na Zemi žili. Apatosaurus (také známý jako Brontosaurus) měl zhruba stejnou tělesnou teplotu jako většina dnešních savců. Eagle, hlavní autor publikace, která právě vychází v časopisu Science Express k tomu dodává: "Je to tak přesné, jako kdybyste před 150 miliony let drželi teploměr přímo ve zvířeti."
Základy fyziky pro bioarcheologii
Většina prvků se v přírodě vyskytuje v různých formách, kterým říkáme izotopy. Jsou stabilní a nebo nestabilní. Většina chemických prvků se shoduje v počtu protonů, ale navzájem se liší v počtu neutronů obsažených v atomovém jádře. Takovéto nuklidy příslušející témuž prvku oznčujeme jako izotopické nuklidy, jednodušeji izotopy. U jednoho prvku tedy muže jít o směsici několika izotopů.
Kyslík je prvek, jehož všechny atomy mají osm protonů v jádře a osm elektronů v obalu. Nuklid kyslíku 16O neboli 168O má hmotnostní číslo (počet protonů + neutronů) 16., proto má 16 – 8 = 8 neutronů. Další nuklidy, které se vyskytují v přírodě: 178O (devět neutronů) a 18 8O (deset neutronů). Jsou to tři různé izotopy kyslíku. Uhlík se vyskytuje běžně ve formě dvou stabilních izotopů: 126C izotop má 6 protonů a 6 neutronů, ten tvoří 98,9% a 136C má 6 protonů a 7 neutronů s průměrným výskytem 1,1%. O nestabilním izotopu 146C, který se rozpadá (beta rozpad) s poločasem 5 715 let a který se používá k datování při radiokarbonové metodě nás v tomto případě nezajímá, protože o něj v těchto testech nejde.
Princip metody
Organismy produkují tzv. biogenní minerály, které se stávají součástí jejich těl. Tyto minerály se nejčastěji podílejí na složení schránek nebo vnitřních koster. Člověk a všichni savci mají ve svých kostech a zubech kalcit a apatit a měli ho i dinosauři. A právě o tyto dva minerály zde jde. Kalcit je chemicky uhličitan vápenatý CaCO3. Fígl je v tom, že jeho molekuly mohou být z různých izotopů. Ale ani to ještě není všechno. Při měnící se teplotě rostoucího krystalu mají izotopy uhlíku a kyslíku rozdílnou tendenci se shlukovat a právě této jejich snahy se při nižší teplotě „sdružovat“ vědci využili ke stopování podmínek v jakých biominerál vznikal. Při nízké teplotě těžší atomy izotopu uhlíku 13 mají snahu se párovat s atomem těžšího izotopu kyslíku 18 (ve stejné molekule se tak sejdou dva těžší izotopy). Při vyšší teplotě dávají tyto vzácně se vyskytující izotopy (13C a 18O) přednost „rozvedenému“ stavu a izotop uhlíku 13 se raději druží s běžným kyslíkem 16. A kyslík 18 zase dává před těžším uhlíkem přednost lehčímu 12C. Pokud došlo ke shlukování řídce se vyskytujících izotopů 13C a 18O, je to důkaz nižší teploty. Poměr nahloučených a volných těžkých izotopů uhlíku a kyslíku tak dává obraz teplotních poměrů, jaké v tělech zvířat panovaly. Krystaly kalcitu s apatitem mají tuhou paměť a proto zuby a kosti mohou posloužit jako teploměr. Vznik biominerálů je v podstatě děj termodynamiky a zákon termodynamiky spolu se zákonem gravitace, jsou na čase nezávislé. A protože oba izotopy (uhlíku i kyslíku) jsou stabilní (neradioaktivní), je jedno, zda kost narostla včera nebo před nějakou dobou, „vzpomínky“ na dobu mládí jim neblednou a jsou stejně živé i po sto milionech let.
Výsledky
Výzkumníci analyzovali 11 zubů pocházejících z vykopávek v Tanzanii, Wyomingu a Oklahomy. Patřily dinosaurům Brachiosaurus brancai a Camarasaurus. Zjistili, že Brachiosaurus měl teplotu asi 38,2 °C. Camarasaurus se svými 35,7 °C byl jen asi o stupeň teplejší, než současní a zaniklí krokodýli a aligátoři. Byli ale chladnější než jsou ptáci. Co se Přesnost svých měření vědci udávají v rozmezí jednoho až dvou stupňů.
Zjištění, že teploty dinosaurů byly podobné těm jako má většina moderních savců svádí k interpretaci, že také měli teplokrevný metabolismus. Vědci ale na to nechtějí odpovědět a tvrdí, že to je složitější. Problém je v tom, že sauropodi byli tak obrovští, že si své tělesné teplo mohli udržovat mnohem efektivněji, než menší savci jako jsme my. "Pokud jste živočich s tělem tvaru koule o velikosti místnosti, jste uvnitř studení, jen když jste mrtví," vysvětluje Eiler. Takže i když dinosauři byli "chladnokrevní" v tom smyslu, že k dodávce tepla využívali co jim nabízelo prostředí, přesto mohli mít uvnitř pěkně teploučko, až moc.
Problém
Izotopovou metodou měření teploty vyšlo najevo, že dinosauří tělesné schránky byly chladnější, než předpokládaly modely. Jestliže tedy naše dosavadní představy o fyziologii dinosaurů „seděly“ na starší „teplejší“ dinosaury, musí být něco špatně a naše představy o fungování robustních těl budeme muset poopravit.
Dinosauři byli tzv. gigantothermové, udržovali si vysokou teplotu díky své velikosti. Jak Tedy nyní vysvětlit jejich nižší teploty? Zřejmě měli ještě nějaké další fyziologické mechanismy, než ty o kterých víme, které bránily jejich přehřívání. Možná to byl „línější“ enzymatický aparát, který zpomaloval trávení a nebo jim zajišťoval pomalejší metabolismus. Takové omezení produkce tepla by se jim hodilo zvláště v dospělosti. Možná se jim pak vyvíjel nějaký systém vzdušných vaků o němž jsme nevěděli a kterým předávali teplo do prostředí. Mohli k tomu využívat i své dlouhé krky a ocasy...
Dosud se pro odhad teploty dinosauřích těl braly vážně jen nepřímé metody založené na rychlosti růstu kostí, zjišťováním co bylo jejich potravou, jak dlouhé dělali kroky a tak podobně. Vědci vymysleli i mnoho vzorečků. Zřejmě nejznámější z nich dal dohromady tým složený z vědců z institucí zvučných jmen z Floridy, Kalifornie, Oregonu a Mexika. Článek vyšel v prestižním PloS ONE a tak většina odborníků i laiků byla ještě včera přesvědčena, že teplota těla dinosarům rostla spolu s tím jak rostli. Když byli velcí asi jako tříleté dítě měli mít teplotu 25 °C. Při hmotnosti třinácti tun se rtuť teploměru v jejich konečníku měla ustálit až na rovných 41 °C.
Metodě stanovování izotopů uhlíku a kyslíku je přes půl století a k rozboru není potřeba dokonce ani nějak přehnaně špičkové a drahé laboratorní vybavení. Největším problémem pro výzkumníky bylo obstarání slušně zachovalých dinosauřích zubů, do kterých je nechali jejich majitelé dělat díry. Pak už stačilo udržet pozornost a nepoplést při odběru vzorků sklovinu s dentinem.
Z dosud provedených pokusů vědci usoudili, že jsou schopni určovat teplotu dinosauřích těl s přesností dvou stupňů. Američané se již pustili do shánění dalších zubů a kostí. Pátrají jak po kostech jedinců sešlých stářím, tak mláďat, protože jen tak by se dalo zjistit, zda v době roztomilého jinošství měli dinosauři jinou teplotu než když už z nich byla obrovitá monstra. U gigantothermů by měly problémy s přehříváním zvláště gradovat. Pro mnohé možná bude překvapením, že navzdory jejich přirovnávání k hoře svalů, nejde v tomto případě ani tak o problém s produkcí tepla muskulaturou. Paradoxně jde o přebytek tepla při pouhé siestě. V podstatě to v jejich žaludku mohlo vypadat jako když dáte na hromadu tunu trávy. I krávy, které jsou stopadesátkrát menší, je dobré v parných dnech stříkat vodou, jinak veškerou svou energii z krmiva spotřebují na chlazení žaludků a přestanou dojit a přibírat na váze. Jde o to, že v pěti mililitrech obsahu žaludku býložravců je asi 150 miliard mikrobů. Taková armáda tvorečků svým metabolismem vyprodukuje hodně tepla. Ne nadarmo hasiči varují - pozor na vlhké seno v seníku!
Díky nové metodě zjišťování teploty těl vyhynulých živočichů se s poznatky z této oblasti brzo nejspíš „roztrhne pytel“. Nejen, že se začnou porovnávat stovky druhů dinosaurů, ale i další zvířata, která žila v jejich stínu. Také se asi dovíme, jak s teplotou těl živočichů v průběhu desítek milionů let „míchala“ evoluce,...
Interview s Johnem Eilerem a Robem Eaglem o prvním měření teploty dinosaurům
Prameny: James F. Gillooly et al.: Dinosaur Fossils Predict Body Temperatures, PloS ONE
, California Institute of Technology
Slavíme padesátiny nálezu Etiopanky přezdívané „Lucy“
Autor: Josef Pazdera (14.04.2024)
Fosilie stromu Sanfordiacaulis
Autor: Josef Pazdera (05.02.2024)
Xenusion – nejznámější a nejvzácnější fosilie z ledovcových souvků
Autor: Aleš Uhlíř (06.01.2024)
Podivuhodná Timorebestia byla gigantickou ploutvenkou kambrického oceánu
Autor: Stanislav Mihulka (04.01.2024)
Co odhalil genom živoucí fosilie z dob dinosaurů?
Autor: Josef Pazdera (23.09.2023)
Diskuze:
Jádro vs periferie
Tomáš Petrásek,2011-06-26 22:50:26
Tělesná teplota není všude stejná - je jiná se v tělním jádře a na periferii. I v humánní medicíně je známo, že teplota změřená v podpaždí, orálně a rektálně se liší. Nejnižší je v tělních výběžcích, jako jsou u nás prsty nebo uši. V ústech teplota klesá díky dýchání a odparu slin. V případě zubu sauropoda se uplatňovalo jistě obojí - jeho teplota proto musela být citelně nižší, než jádrová teplota.
Mimochodem, systém vzdušných vaků, který odlehčoval tělo a určitě je i chladil, je u sauropodů dobře popsanou věcí, nikoli jen nějakou spekulací, jak se zdá naznačovat text článku.
teplota a vaky
Josef Pazdera,2011-06-27 03:13:06
Nebudu komentovat podpaží, prsty a uši, protože o tom článek není. Pokud jde o rozdíl mezi teplotou měřenou v ústech u člověka a v rektu, tak u těch se v humánní medicíně uvažuje, že se mohou lišit jen o desetinu stupně Celsia. A protože u člověka může tělesná teplota kolísat v průběhu dne i o 2 stupně, je tento rozdíl zcela zanedbatelný.
Také nevím, jaké odpařování slin máte na mysli, nemyslím, že by dinosauři slintali s otevřenou tlamulou. Oba měřené druhy dinosaurů byli býložravci. Takže se spíše než lidem asi podobali krávám. Krávy také nemají pěnu u huby a navíc většinu dne přežvykují (i v noci) a to je pro jejich tlamu hodně namáhavá práce. Vůbec nelze hovořit o nějakém snížení teploty. Opak je pravdou. V době siesty byste v jejich svalech končetin naměřil nižší teplotu než v jejich tlamě. Důvod je prostý, rozmělnit stonky trav je dřina a asistují při tom jedny z „nejsilnějších“ svalů (co do obsahu červených vláken) v těle, které spotřebují hodně adenozintrifosfátu... zkrátka jde o exotermické reakce a proto v dutině tlamní naměříte vyšší teplotu než v konečníku. Pravda, rozdíly nejsou nijak velké, aby se s nimi v běžné praxi počítalo a tak obě tyto teploty (rektální i tlamní), stejně jako u lidí, jsou považovány za teploty těla.
Popravdě nechápu ani tu výtku vzdušných vaků. Píšete, že je měli k odlehčení těla. Nedovedu si představit, jak by vaky u suchozemských tvorů mohly odlehčovat tělo (teda pokud si je neplnili vodíkem nebo heliem). Pokud dinosauři nějaké vaky měli, tak je měli stejně jako ptáci, k něčemu zcela jinému - kvůli lepší výměně plynů. Naše (savčí) plíce mají při výdechu vzduch ochuzeným o kyslík a je přesycený oxidem uhličitým. Proto při výdechu k okysličování krve prakticky nedochází. Ptáci mají vaky a při výdechu jim proudí do plic čerstvý vzduch, mohou ptáci okysličovat krev i při výdechu, což činí okysličování značně účinnější. Uvažuje se, že vak měl asi Aerosteon riocoloradensis, ale i u něj se předpokládá jeden břišní vak. Dinosauři by ale klidně mohli mít i jiné vzdušné vaky například krční, krky k tomu dlouhé měli dost. Právě o této možnosti nyní vědci začínají uvažovat. Dohady nás dvou na téma zda je měli a kde všude je měli, jsou zatím předčasné.
Re: teploty a vaky
Tomáš Petrásek,2011-06-27 11:08:41
Pokud si pamatuji přednášky o hospodářských zvířatech, i dojmy z návštěvy chléva, krávy sliní vážně hodně :-) Evaporace slin je k ochlazování významná, viz třeba pes, pro kterého je to nejdůležitější mechanismus.
Sauropodi určitě slinili též, a žvýkací svaly asi příliš nenamáhali, potravu mechanicky zpracovávali až ve svalnatém žaludku pomocí gastrolitů (viz slabý chrup).
Pokud by měl sauropod teplotu těla kolem čtyřicítky nebo i víc (podle citovaného článku z PLoS), mohl si nepochybně udržovat hlavu, potažmo mozek jako nejcitlivější orgán při komfortních 36 C. Bránilo by to přehřátí mozku, a nevyžadovalo by to žádné fantastické fyziologické mechanismy.
Vzdušné vaky tělo odlehčují - proč jinak by byly pneumatizované (duté, vzduchem vyplněné) kosti? Dutina plná vzduchu je bez debat lehčí než jiná tkáň.
Zkuste si zadat do googlu "sauropods "air sacs"" jako klíčová slova - měli je, a měli jich hodně.
Výměna kyslíku je jistě primárním účelem vaků, o tom žádná. Ale chlazení u vícetunového tvora zejména v teplém klimatu je problém vždycky, a sauropodi se museli chladit všemi dostupnými prostředky. Podívejte se na slony - uši jako radiátory, a stejně se postřikují vodou kdykoli mohou. A to jsou proti sauropodům drobečci.
Pár drobností
Josef Pazdera,2011-06-27 12:43:26
Nechci Vám brát iluze z návštěvy chléva, ale krávy sliní proto, aby do pozřené potravy dostaly enzymy a aby se jim tuhé stonky lépe polykaly. S odpařováním dutiny tlamní to nesouvisí. Něco jiného je proudění vzduchu přes nozdry a dýchací soustavu ale sliny v tlamě krav jsou k něčemu jinému. Ostatně při polykání a žvýkání mají tlamu stejně zavřenou. To, co jim vytéká z mulce a občas si jazykem olíznou, aby to neukáplo a nepřišlo vniveč má jiný důvod - šetří vodou a hlavně v ní rozpuštěnými solemi, na který je nosní sekret bohatý, to ale nejsou sliny. A když už zmiňujete psa, ano ten se potí jazykem a ochlazuje si ho, ale aby to pro něj mělo smysl, tak do jazyku musí pumpovat právě tu teplou krev, kterou chce ochladit a kterou pak, jak správně píšete, žene do mozku aby se mu neuvařil. Pokud se ale podíváte na snímky termokamery psího jazyku, rozdíly od teploty těla prakticky nezjistíte ani u schváceného psa, který má jazyk vyplazený až k zemi.
Duté kosti bych sem nepletl, podle mne to nejsou vaky. Ani článek se o dutých kostech nezmiňuje. Ale když myslíte, že vaky nadlehčují tělo, nebudu Vám to vyvracet. Podle mne každý vak navíc tělo akorát zatíží. Ony ty vaky jsou i jinak na obtíž – zvětšují objem těla. To je pak tak trochu jako když jste nafouklý, hodně nafouklý a čím je tělo objemnější, tím hůře se proplétáte křovím a hůře se utíká predátorům... takové vaky musely mít primární funkci v dýchání a ochlazování a o tom článek je. Z naměřených hodnot autoři usuzují, že dinosauři měli těch vaků zřejmě více, než jsme si mysleli a jako místo jejich uložení připouští i dlouhý krk dinosaurů. Pokud vím, tak s touto myšlenkou zatím nikdo, kromě nich nepřišel. Podle mne to je logické a zajímavé. Slinami by to podle mne dinosauři opravdu neuhráli.
Re: Pár drobností
Tomáš Petrásek,2011-06-27 23:33:27
Krávy a sauropodi se v lecčems liší. Například sauropodi zřejmě neměli druhotné patro, takže odpařování slin při dýchání se vyhnout nemohli, a slinit museli, jinak by těžko polykali. Udržování mozku v chladu je u zvířat produkujících velké množství tepla obvyklé - např. antilopy mají speciální cévní sinus, sloužící k ochlazení tepenné krve jdoucí do mozku. Neříkám, že sauropodi dělali totéž, a že to nutně ovlivnilo naměřené "orální" teploty. Ale nepřipadá mi to nijak nelogické. Dalo by se to ověřit, kdyby se lišily teploty naměřené popsanou cestou v kostech z periferie a z tělního centra.
Pneumatizované kosti u sauropodů, prostoupené výběžky vzdušných vaků, nejsou můj výmysl nebo nějaká nová spekulace (jak se, zdá se, stále domníváte), nýbrž jsou dobře známy už od 19. stol(!). Podívejte se třeba na práci Wedel, M.J., Paleobiology, 29(2), 2003, pp. 243–255. Fulltext je online přístupný.
Hned v abstraktu stojí: "Air sacs and skeletal pneumaticity probably facilitated the evolution of extremely long necks in some sauropod lineages by overcoming respiratory dead space and reducing mass. In addition, pulmonary air sacs may have conveyed to sauropods some of the respiratory and thermoregulatory advantages enjoyed by birds..."
sinus cosinus deskriptiva
Jirka Ondrasek,2011-06-28 02:22:27
Pane Petrasku, dinosaurologové si dodnes nejsou jisti jestli ti jejich miláčci náhodou neměli dokonce chobot a vy už fantazírujete o druhotném patru. To připodobnění gigantů k štíhlonohým antilopám je taky dobrý. Ale nejlepší je to prověřování malých rozdílů teplot na kostech z periferie a tělního centra, když se v článku píše, že přesnost metody je dva stupně. Dinosauři možná slintali, ale...
Promovaní inženýři...
Tomáš Petrásek,2011-06-28 16:38:25
...to, že nesledujete paleontologickou literaturu bych Vám nezazlíval, ale než něco napíšete, použijte prosím alespoň Google. Vám to možná připadá jako fantazírování, ale nejsou to žádné čáry, je to prostě vyhledávání informací. Zkuste to.
Měření teplotních rozdílů v různých částech kostry dinosaurů už prováděno bylo, i když ne zrovna u sauropodů (viz např. http://www.jstor.org/pss/3515240 aj., nechci tu suplovat vyhledávač), tak mi prosím netvrďte, že je to nemožné.
Nevím, proč v diskusi vytahujete chobot, který se k tématu vůbec nevztahuje. (O existenci druhotného patra se názory různí, ale to už by bylo taky trochu odbočení od tématu.)
Antilopy jsem "vytáhl" jako příklad živočicha, který si udržuje mozek chladnější než tělo, hmotnost a figura je v tom irelevantní.
K orálním teplotám pana Pazdery - abych nevycházel jen z osobních názorů a poznatků z absolvovaných přednášek, konzultoval jsem problém s odborníkem na fyziologii živočichů (pracoval s více druhy, vč. výzkumu termoregulace), který mi potvrdil, že rozdíly mezi jádrem a dutinou ústní mohou být značné. Kdyby na jazyku nedocházelo k významnému ochlazování, tak by ho ten pes přece nevyplazoval. Totéž je pověstný "psí čumák", který rozhodně nemá 37 stupňů, jak si může každý snadno osahat. I když ne vždy ten rozdíl musí být vidět termokamerou (taky jde o to jakou a za jakých podmínek...)
A tím NEŘÍKÁM že se dinosauři chladili VÝHRADNĚ slintáním jako psi.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
