Воздушен диносаурус Телеполис
Понови знаења за дишните органи на диносаурусите, што овозможија високо ефикасно дишење
Во „Островот претходниот ден“ Умберто Еко се осврна на „Моби Дик“: Ако беше правилно и правично Херман Мелвил да вклучи цела глава за китовите во романот и вешто да ја објасни цетологијата, Еко исто така сакаше поглавје за систематиката на Имајќи папагали во сопствениот роман - што и направи. Непосредно пред Нова година, на нашите обични смртници треба да им овозможиме на читателите да им понудиме поглавје за диносаурусите.
Диносаурусите отсекогаш ги фасцинирале научниците и пошироката јавност. Секоја година се откриваат нови фосили, додавајќи дополнителни делови од сложувалката во целокупната слика за овие живи суштества. Диносауруси со пердуви, уште поголеми и помоќни животни, па дури и порано роднини на птиците редовно се откриваат на сите континенти, вклучително и на Антарктикот.
Дури во последната деценија беше отворено возбудливо поле за истражување во врска со респираторните органи на диносаурусите: Станува збор за воздушни вреќи, оние органи кои помагаат да се утврди дишењето кај птиците, а во исто време да бидат лесни за летање. Излегува дека диносаурусите имале и такви пневматски конструкции во нивните тела, што ги прави полесни, но што е најважно, дишат поефикасно. Диносаурусите црпат многу повеќе кислород од воздухот отколку што можат да извлечат цицачите (мерено по единица површина на белите дробови). Заедно со нивните потомци, птиците, тие беа најефикасните централи за животни кои ги произведувала природата.
Атмосферски кислород
Кислородот стана толку важен за дишењето бидејќи реагира брзо со многу други елементи и ослободува многу енергија во процесот. Атмосферскиот кислород беше тешко достапен на почетокот на развојот на земјата. Меѓутоа, по појавата на животот и фотосинтезата на растенијата и алгите, количината на кислород во атмосферата постепено се зголемуваше: се произведуваше се повеќе и повеќе, додека океаните апсорбираа значителни концентрации на јаглерод што инаку ќе го врзуваше кислородот веднаш.
Во текот на милиони години, процентот на кислород во атмосферата постојано резултираше од условите на животот на земјата. Ако пошумените области станаа помали поради геолошки феномени или тектонски процеси, падна и процентот на кислород во атмосферата. Спротивно на тоа, процентот на кислород се зголемувал во епохи во кои експлодирала вегетацијата на земјата. Денес дишеме во атмосфера со 21% кислород. Сепак, имаше геолошки епохи во кои овој процент падна на 10% и други каде што процентот се зголеми до 30%.
Сл. 1 покажува крива на постулираната концентрација на кислород во земјината атмосфера во последните 600 милиони години. Иако границите на грешки за секоја епоха не се предвид, сепак може да се забележи јасно намалување на содржината на кислород во тријасот (пред околу 250 милиони години), што потоа полека беше компензирано во Јура. Ова е доба на диносаурусите.
Никој не ја посочи врската помеѓу морфологијата на животните, дишењето и кислородот во атмосферата поефикасно од Питер Вард во неговото дело „Надвор од тенкиот воздух“ (2006), од кое е земена Сл. 1. Книгата понекогаш изгледа како монокаузално објаснување од големи размери на животот на земјата, но е вредна поради нејзините посочени изјави, кои потоа можат да бидат фалсификувани со палеонтолошки наоди.
Тезата на Вард е едноставна: предок на диносаурус развил ефикасно дишење пред повеќе од 250 милиони години. Наместо да дишете воздух во белите дробови (ќорсокак) и потоа да го издишувате како цицачите (губејќи половина од времето на располагање за внес на кислород), на воздухот му беше дозволено да тече низ бронхиите на диносаурусите непрекинато и само во една насока, како во денешните птици. Ова значи дека се извлекува повеќе кислород од воздухот по единица време и единица на областа на белите дробови. Птиците можат на пр. Да летаат над Алпите или дури Хималаите, на надморска височина на која цицачите веднаш би ја изгубиле свеста.
Оваа адаптација кон малата концентрација на кислород во тријасот и јурата им дала на диносаурусите контрола над земјата. Помалку ефикасни и побавни животни исчезнаа. За време на диносаурусите, цицачите можеле да заземат само неколку еколошки ниши - тие биле ноќни и со ограничени димензии.
За таков подвиг, птиците користат воздушни вреќи кои се дистрибуираат низ целото тело. При вдишување, воздухот тече низ белите дробови, но исто така ги исполнува воздушните вреќи во предниот и задниот дел на телото. Како што издишувате, воздушните вреќи кои работат како мевче се издишуваат и воздухот продолжува да тече низ бронхиите и да излегува. Бронхиите на тој начин постојано се снабдуваат со свеж воздух. Сл. 2 покажува како работи ова „турбо-полнење“ кај птиците преку соработка на предните и задните воздушни вреќи.
Како цицач, еден сакал да има толку ефикасен респираторен систем, бидејќи воздушните вреќи го овозможуваат следново:
- Со вакви респираторни органи, диносаурусите имале повеќе енергија и издржливост отколку другите животни. Додека некои од денешните мали влекачи не можат да трчаат и да дишат истовремено, диносаурусите имале подолг здив кога бркале.
- Воздушните вреќи ја зголемуваат површината на телото, со што животните можат побрзо да се оладат. Тоа би било многу важно за диносаурусите со нивните масивни тела. Покрај тоа, целата работа работи целосно автоматски: Повеќе напор генерира поголем проток на кислород, а со тоа и поголем капацитет за ладење.
- Воздушните вреќи доведуваат до полесно тело. Ако животното тежи неколку тони, секој шуплив простор помага да се заштеди тежина. Диносаурусите и птиците се чини ја достигнаа оваа „пневматичност“ до крајност.
Затоа, на диносаурусите може да се гледа како на агилни централи. Тие беа исто така лесни, бидејќи беа обични и едноставно надуени. Во Теропода, со исправен одење, белите дробови исто така беа одвоени од мускулните движења на нозете.
Пневматиката
Важноста на воздушните вреќи во намалувањето на тежината на диносаурусите всушност не е ништо ново. Уште на почетокот на 20 век, постоењето на воздушни вреќи се сомневало врз основа на студии за 'рбетот на диносаурусите.
Кај птиците, воздушните вреќи не треба да се замислуваат едноставно како кружни џебови, туку повеќе како структура со многу долги процеси (наречени дивертикули) кои продираат во коските. Коскениот материјал едноставно се заменува со „воздушна перница“. Ова ги прави коските полесни, без многу структурни загуби (некои птичји коски се исто така во голема мерка шупливи и внатрешно имаат структура со разни попречни греди, како кај крановите).
На слика 3 е прикажана споредба на модерна птица со теродода. Воздушните вреќи се присутни во задниот и предниот дел, помагаат да се направи ефикасно дишење и продирајќи во коските, тие го прават вратот и 'рбетот полесни.
Сензација се случи во 2008 година со првиот детален опис на Aerosteon riocoloradensis, кој беше откриен во Аргентина во 1996 година.1 Како што сугерира името, Aerosteon беше проникнат со воздушни вреќи. Имаше воздушни вреќи во клучната коска, градите, задната карлична област и стомакот. Важноста на воздушните перници како структурен материјал во структурата на телото на диносаурусите повторно беше во центарот на морфолошките анализи.
Таквите компаративни студии беа поттикнати и од докторска теза објавена во исто време. Во 2007 година Метју Ведел ја достави својата дисертација за пневматиката на диносаурусите. Делото ги опишува шуплините во коските на диносаурусите кои се изненадувачки слични на оние во коските на птиците. Знаеме дека кај птиците овие шуплини се пробиваат од дивертикулите на воздушните вреќи и дека со нив може да се пополни релативно голем волумен (за да се докаже ова, патките требаше да поверуваат две години однапред, чии воздушни вреќи беа исполнети со течен латекс и подготвени)
Ведел покажа дека предните и задните 'рбетни колони на птиците се прободени од предните и задните воздушни вреќи, соодветно. Средниот 'рбет, сепак, се пробива само на крајот од развојот на птицата. Понекогаш развојот престанува предвреме, а средниот 'рбет останува како цврсти коски. Ведел беше во можност да ја утврди истата работа во фосилите на диносаурусите, покажувајќи паралелен развој на птиците.
Сл. 4 е многу илустративен во овој контекст. На него се гледа 'рбетот на диносаурус со долг врат (како што може да се восхитиме во Берлинскиот музеј за природна историја) .3 Воздушните вреќи се означени со сина боја, а како што можете да видите, добар дел од просторот на вратот на овој диносаурус е исполнет со воздух. Некои истражувачи сметаат дека воздушните вреќи им донеле на диносаурусите заштеда на тежина до 20%.
Не сите диносауруси развиле воздушни вреќи. Таканаречените карлични диносауруси немале никаква корист за тоа. Тие се појавија кога содржината на кислород во атмосферата повторно се зголеми - според хипотезата на Питер Вард. Од друга страна, летачките диносауруси имале воздушни вреќи и ги користеле и за дишење и за слабеење.
Изненадувачки, сепак, е што еднократно дишење беше откриено и кај крокодилите во 2010 година. Крокодилите немаат воздушни вреќи, поради што нивното вдишување и издишување не е проучено долго време. Меѓутоа, во истрагите на труповите, откриено е дека крокодилите, како птиците, можат да вдишат воздух преку еден канал и да издишуваат преку втор канал.4 Ова би значело дека т.н. придонесе.
Неодамна, сепак, откриени се повеќе влекачи кои практикуваат и еднонасочно дишење, што полека го зголемува бројот на познати видови со овој имот. Неодамна беше покажано дека дури и бавните змејови на Комодо можат да дишат еднонасочно, што значи дека временскиот момент во кој се создаде оваа форма на внесување кислород е одложен пред 270 милиони години
Сепак, сè уште нема целосна сигурност со студиите за диносауруси. Мерењата на содржината на кислород во атмосферата во праисториското време можат да се вршат само индиректно (на пример, со користење на минерали присутни во различните слоеви на земјата). Другите видови на мерења понекогаш доведуваат до резултати што донекаде ги релативизираат големите флуктуации во содржината на кислород во атмосферата, на пример, ако се користат хемиските својства на килибарот. подобри Wouldе беше повеќе случајност. Сепак, палеонтолозите се одвратуваат од теоретскиот вакуум.
Воздухот како структурен материјал
Примерот на птици и диносауруси покажува дека воздухот исто така може да игра улога во биологијата како структурен материјал преку пневматика. Хидрауличните погони (ако можете да зборувате за биолошки работи како тоа) се добро познати и не треба да давам некои посебни примери. Или можеби само една работа, не она што читателот може да го има на ум: пајаците ги истегнуваат нозете користејќи хидрауличен притисок. Додека мускулите можат да ги контрахираат нозете, спротивното движење се создава со притисок врз течност во нозете на пајакот.
Но, пневматиката исто така може да постигне нешто. На пример, за долгиот врат на „Диплодокус“, заштедата во тежина беше многу важна (вратот може да биде долг и до 15 метри). Вештачки модели на пршлени во вратот се изградени во лабораторија со воздушни цевки и се покажа дека не само што тетивите можат да го поместат вратот и да го држат исправено, туку и компримираниот воздух може да помогне и надвор од воздушните вреќи. Густината на вратот на Диплодокус може да се намали со воздушните вреќи на под 500g на литар. Диносаурусите едноставно не можеа да потонат во вода.
Воздухот во шуплините игра голема улога не само во биологијата, туку и во технологијата. Како што покажува примерот на диносаурусите, пневматските елементи можат да извршуваат структурни задачи. Во технологијата за автоматизација, на пример, активаторите на компримиран воздух се користат подолго време. Перници за подигнување кои работат со компримиран воздух, исто така, развиваат големи сили. Бејзбол стадион во Токио беше целосно покриен со плик направен од елементи на компримиран воздух. Во многу градови има тениски сали кои се состојат само од шатор за компримиран воздух. Воздухот е навистина одличен и временски и повторно потценет „градежен материјал“.
И дури и ако истражувањето на диносаурусот опишано овде остави повеќе прашања неодговорени отколку што може да одговори во врска со еволуцијата на воздушните џебови, повторно може да се повикаме на Мелвил, кој забележа во поглавјето за цетологија на „Моби Дик“: Малите проекти завршуваат брзо; но завршувањето на навистина одлични проекти, како што е катедралата во Келн, може безбедно да се остави на идните генерации.
Повеќе фосили и подобри техники за мерење, со текот на времето, ќе дадат одговори на сите прашања покренати овде.