Ученые объяснили, почему в желудках динозавров часто находили проглоченные камни

Фото из открытых источников

Исследование показывает, что именно форма гастролитов, а не их наличие, раскрывает пищеварительную функцию динозавров и выявляет тот факт, что птицы унаследовали мускулистый желудок от своих предков-тероподов.

На протяжении десятилетий палеонтологи использовали наличие камней внутри скелетов динозавров как признак того, что животное было травоядным. Эти камни, известные как гастролиты  были обнаружены у многих видов и, как предполагалось, служили для измельчения растительной пищи в желудке, подобно тому, как это делают многие птицы сегодня.

Однако эта взаимосвязь всегда была проблематичной: гастролиты были обнаружены также у современных и вымерших хищников, что оставляет вопрос о интерпретации результатов открытым.

Международная группа исследователей во главе с Рюдзи Такасаки из Окаямского университета науки (Япония) перевернула этот вопрос с ног на голову. В статье, опубликованной в журнале Paleobiology, они показали, что важно не то, были ли у динозавра камни в брюхе, а какая форма у этих камней.

Исследование, в ходе которого было проанализировано более ста современных и ископаемых видов, установило, что округлые гастролиты являются однозначным признаком сильного, мускулистого желудка, тогда как угловатые указывают на слабый желудок с низкой измельчающей способностью.

Это различие позволило ученым впервые проследить эволюцию пищеварительной системы у основных групп динозавров и определить, когда появился желудок, характерный для современных птиц.

Гастролиты — это камни, которые некоторые животные проглатывают добровольно и которые остаются в пищеварительном тракте. У современных травоядных птиц, таких как гуси или куры, эти камни помогают измельчать пищу в желудке — высокоразвитой мышце желудка, которая работает как мельница.

Долгие годы находка груды камней в брюшной полости динозавра интерпретировалась как доказательство того, что он питался растениями. Но эта идея противоречила тому факту, что многие плотоядные животные, такие как крокодилы или некоторые хищные птицы, также проглатывают камни, не используя их в качестве измельчителя.

Авторы исследования отмечают, что во многих случаях наличие камней может быть следствием случайного проглатывания, потребности в минералах или даже механизма, помогающего переваривать добычу без её пережевывания. В статье приводятся примеры плотоядных динозавров, таких как тарбозавр, у которых было большое количество гастролитов. Следовательно, простое наличие камней не является надежным индикатором.

Затем команда предложила другой подход: если желудок измельчает камни, со временем они должны становиться более округлыми. И наоборот, если желудок не оказывает абразивного воздействия, камни сохранят свою первоначальную, более угловатую форму. Чтобы проверить это, они проанализировали форму желудочно-кишечных литоров у 104 особей из 46 современных видов птиц и крокодилов, питающихся самыми разными продуктами: от травоядных и семеноядных до позвоночных, беспозвоночных и всеядных.

Статистический анализ показал, что форма желудочно-кишечных камней напрямую связана с мышечной массой желудка, измеряемой как масса желудка относительно массы тела. Чем более мускулистый желудок, тем более округлыми становятся камни. Эта корреляция была значимой как в качественном, так и в количественном анализе.

Авторы объясняют причинно-следственную связь: диета влияет на потребность в мощном желудке; животным, питающимся волокнистыми растениями, необходимо измельчать пищу, поэтому у них развивается мускулистый желудок, который, двигаясь, полирует камни, пока они не станут круглыми. В отличие от них, хищникам такое измельчение не требуется, их желудки менее мускулисты, и камни, если их проглотить, не измельчаются и остаются угловатыми.

Эта взаимосвязь имеет ключевое значение, поскольку позволяет использовать форму камней в качестве индикатора не только диеты, но и механической функции желудка. Как утверждают исследователи: наблюдая за формой камня, можно сделать наиболее прямой вывод о механической функции желудка.

Следующим шагом стало применение этой модели к 29 ископаемым образцам 16 видов динозавров, включая тероподов, зауроподов и орнитисхий. Поскольку во многих ископаемых в матрицу вкраплены камни, которые невозможно изолировать, авторы использовали только качественный метод, непосредственно наблюдая за камнями, выставленными в музеях, или за фотографиями высокого разрешения.

Результаты выявили глубокое разделение в эволюции пищеварения. Травоядные орнитисхианские динозавры, такие как Psittacosaurus и Haya, а также длинношеие зауроподы, такие как Diplodocus и Cedrosaurus, имели преимущественно угловатые гастролиты.

Это указывает на то, что их желудки были недостаточно мускулистыми, чтобы округлять камни. Как же тогда они переваривали растения? Авторы предполагают, что эти группы компенсировали отсутствие измельчающего желудка другими механизмами.

У орнитисхий жевание в ротовой полости было очень эффективным, благодаря специализированным зубам и сильным челюстным мышцам, которые измельчали пищу перед проглатыванием. У зауроподов жевание было очень ограниченным или отсутствовало вовсе, и, вероятно, процесс пищеварения основывался на длительном задержке пищи в пищеварительном тракте и микробной ферментации, подобно современным крупным травоядным животным, таким как слоны.

Напротив, у тероподов (группа плотоядных динозавров, в которую входят тираннозавр и птицы) наблюдалась совершенно иная картина. У таких видов, как Archaeorhynchus, Caudipteryx, Jeholornis или Limusaurus, были округлые гастролиты, что указывает на мускулистый, активный желудок.

Даже у хищника Тарбозавра, хотя он и классифицируется как питающийся позвоночными (что соответствует его рациону), были обнаружены угловатые камни, указывающие на то, что, несмотря на их большое количество, его желудок не измельчал их, что соответствует неабразивной роли гастролитов у хищников.

Исследование также реконструировало исходное состояние формы гастролита вдоль эволюционного древа архозавров. Результаты показывают, что мускулистый желудок (о чем свидетельствуют округлые гастролиты) появился в группе манирапториформ , входящей в состав тероподов, по меньшей мере 150 миллионов лет назад. Эта группа включает овирапторозавров, теризинозавров, орнитомимозавров и птиц.

Авторы приходят к выводу, что мускулистый желудок развился на ранних стадиях эволюции тероподов, и это нововведение стало необходимым условием для того, чтобы многие из этих динозавров потеряли зубы и перешли на травоядное питание. Ключевым примером является Limusaurus , цератозавр, который во взрослом возрасте был беззубым и имел умеренно округлые гастролиты. Согласно статье, этот вид демонстрирует онтогенетический переход: по мере потери зубов его желудок становился более мускулистым, чтобы компенсировать отсутствие измельчения пищи во рту.

Исследователи отмечают: приобретение мускулистого желудка, вероятно, было эволюционным нововведением, позволившим редукцию зубов у многих групп манирапториформ, включая орнитомимозавров, теризинозавров, овирапторозавров и, в конечном итоге, птиц.

Это открытие имеет значение не только для пищеварения. Переместив измельчение пищи из рта в желудок, тероподы могли уменьшить размер своих челюстных мышц и, в свою очередь, освободить место в черепе.

Это могло способствовать расширению головного мозга и органов чувств, что является ключевым шагом в эволюции к современным птицам. Хотя авторы предупреждают, что эта гипотеза не доказана напрямую, она открывает направление исследований того, как изменения в рационе питания повлияли на эволюцию черепа и головного мозга.

Исследование также предлагает палеонтологам практический метод: протокол использования формы гастролитов в качестве дополнительного инструмента, наряду с анализом зубов, стабильных изотопов и содержимого желудка, для реконструкции рациона динозавров. Авторы подчеркивают, что форма камней не должна рассматриваться как самостоятельный диагностический признак, а как один из элементов в рамках комплексного подхода, основанного на множестве доказательств.

Сами авторы признают, что этот метод не является абсолютно надежным. Форму гастролитов могут искажать различные факторы: например, если животное выбирает уже округлые камни из окружающей среды или если камни были предварительно отшлифованы в результате транспортировки. Однако высокая корреляция между формой, диетой и мускулатурой у рассматриваемых видов предполагает, что эти эффекты являются следствием внутреннего истирания.

Они также отмечают, что к прогнозам относительно ископаемых с менее чем 35 камнями следует относиться с осторожностью; фактически, два экземпляра всего с 6 камнями (Iteravis и Jeholornis) вышли за пределы основного морфометрического пространства. Поэтому в статье рекомендуется в будущих исследованиях отдавать приоритет ископаемым, сохранившим достаточное количество гастролитов.

Ещё один важный нюанс заключается в том, что форма камней отражает функцию желудка, а не непосредственно рацион питания. У таких групп, как орнитисхии или зауроподы, которые имели другие механизмы обработки пищи, угловатые камни не означают, что они не были травоядными; они просто указывают на то, что их желудок не был предназначен для измельчения пищи. Это различие крайне важно для предотвращения неправильной интерпретации.

Работа Такасаки и его коллег меняет наше понимание того, как динозавры перерабатывали пищу. Долгие годы наличие гастролитов использовалось как простое доказательство травоядности; теперь мы знаем, что форма этих камней является свидетельством механической активности желудка. Динозавры с мускулистым, измельчающим желудком оставляли округлые камни; те, у кого такой возможности не было, оставляли их угловатыми.

Это различие показывает, что основные группы динозавров использовали разные стратегии пищеварения. Зауроподы и орнитисхии полагались на жевание, ферментацию или задержку пищи во рту, в то время как тероподы, особенно родственники птиц, развили измельчающий желудок, что позволило им отказаться от зубов и открыть новые эволюционные возможности.

Как заключает статья: мускулистый желудок, о чем свидетельствуют округлые гастролиты, эволюционировал на ранних стадиях развития тероподов, появившись, по крайней мере, у основания манирапториформ. Это нововведение, вероятно, было важнейшей предпосылкой для многократных переходов к травоядности у манирапториформных тероподов с редуцированным зубным рядом.