Теперь ученые могут измерить температуру любого позвоночного животного, которое когда-либо жило на Земле. Помог исследователям «тяжелый» биоапатит, в состав которого входят нестандартные изотопы углерода и кислорода.
Используя метод, разработанный учеными из Калифорнийского технологического института (California Institute of Technology -- Caltech) в Пасадене, можно заглянуть в доисторические времена и измерить температуру тела животных, вымерших миллионы лет назад. Для этого годятся кости, зубы или окаменевшие яйца. «Мы, конечно, не можем попасть назад во времени и поставить им термометр, но близки к этому», -- комментирует Джон Эйлер (John Eiler), профессор геологии и геохимии, руководитель исследования.
Как работает изотопный термометр
Метод основан на измерении двух стабильных тяжелых изотопов: С13 и О18 в составе биоапатита, из которого построены кости, эмаль зубов, оболочка яиц. Биоапатип образован фосфатами с примесью (от 2 до 10%) карбонатов. Карбонат составляет всего от 2 до 10% биоапатита.
Ученые нашли, что связка этих тяжелых изотопов друг с другом (С13-О18) зависит от температуры: при низкой температуре изотопы расположены упорядоченно, как в кристаллической решетке, а при высокой температуре их расположение случайно. Получается, что структура биоапатита хранит память о температуре, при которой он образовался.
Биоапатит обрабатывали кислотой, а о расположении в нем тяжелых изотопов судили по анализу выделяющегося СО2 методом газовой хроматографии. Определяли долю «тяжелого» СО2 с молекулярным весом 47, который состоит из одного изотопа О16, одного изотопа О18 и одного изотопа С13. Чем ниже температура тела, тем в большей связке находятся в составе биоапатита изотопы С13 и О18 и тем больше доля тяжелого СО2 на выходе.
Шаг первый -- калибровка
Для этого ученые провели изотопный анализ биоапатитов у нескольких современных видов, чья физиология хорошо известна. Из теплокровных животных они взяли зуб индийского слона и зуб белого носорога. Калибровка показала, что 0,596‰ тяжелого СО2 соответствует температуре 37°С. Точность изотопного метода составила 1-2 градуса.
Изучили и холоднокровных животных: зуб нильского крокодила и американского аллигатора. Температура их тела в летний период составляет 27-28°С, что практически совпало с показаниями изотопного термометра. Исследователи приняли допущение, что температура в период роста зубов соответствует летней температуре, когда рептилии больше питаются и ведут активный образ жизни. Самую низкую температуру тела измерили по зубам у тигровой акулы -- 23-25°С. Соответственно, доля тяжелого СО2 у крокодилов больше, чем у слона и носорога, и меньше, чем у акулы.
Градусник для мамонта
Затем биологи перешли к вымершим животным. Изотопный анализ зубов мамонта показал, что мамонты имели температуру тела между 37°С и 38°С. Данные совпали для двух животных, остатки которых были найдены в совершенно разных местообитаниях.
Углубившись во времени еще больше, ученые изучили остатки миоценового носорога и крокодила, возраст которых исчислялся 12 млн лет. Анализ показал, что температура тела древних млекопитающих и рептилий различалась на 6 градусов.
Как и всякий другой, метод имеет ограничения, объясняют авторы. К сожалению, мы можем получить только моментальный температурный слепок, относящийся к данному времени жизни животного и к данной части его тела. Например, если мы изучаем изотопный анализ зуба, он показывает нам температуру только головы, причем именно в тот период жизни, когда у животного росли зубы. Кроме того, для метода подходят только хорошо сохранившиеся окаменелости.
Что мы сможем узнать
Но тем не менее у изотопного термометра большие перспективы. Цель ученых -- перейти к динозаврам. Наконец-то можно будет поставить точку в споре, были ли динозавры холоднокровными или теплокровными, точнее, могли ли они поддерживать постоянную температуру тела. Можно будет проследить, когда и у кого возникла эта способность. А узнав про регуляцию температуры тела исчезнувших животных, можно узнать многое про их питание, образе жизни, поведение. Например, про птиц.
«Интересно узнать, стали ли птицы теплокровными до или после того, как научились летать, -- говорит Джон Эйлер, -- а также до или после того, как покрылись перьями».
А исследуя температуру холоднокровных беспозвоночных животных, например моллюсков из раковинам, можно сделать вывод о температурных условиях окружающей среды того времени.
Статья о том, как измерить температуру у динозавра, опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
