Растительноядные динозавры эволюционировали запасные зубы для поедания жесткой пищи
В конце мелового периода утконосые гадрозавры были самыми продвинутыми травоядными на Земле. Новое исследование показало, насколько прожорливыми были эти динозавры: их средний зуб стирался менее чем за два месяца, пока они потребляли огромное количество растений. Некоторые из самых успешных травоядных на планете могли иметь сотни тысяч зубов за свою жизнь.
Орнитоподы — группа динозавров, включающая игуанодона, гипсилофодона и их родственников, в том числе редких рабдодонтид. Они впервые появились в средней юре, но были наиболее заметны в меловом периоде, став доминирующими травоядными на больших территориях мира.
Этот путь превратил их из небольших всеядных существ в крупных и специализированных «машин для поедания растений», соперничающих с современными коровами и овцами. Исследование под руководством доктора Аттилы Эси из Университета Этвёша Лоранда в Венгрии показывает, что динозавры достигли этого благодаря эволюции огромного количества сменных зубов, что позволило им есть даже самую жесткую растительность в больших количествах.
«Зубы и челюсти орнитоподов сильно изменились в ходе их эволюции», — говорит Аттила. «У ранних представителей группы, таких как игуанодон, формирование зубов занимало более 200 дней, и примерно столько же времени требовалось, чтобы стереть их при жевании. Но к концу мелового периода гадрозавры стирали свои зубы всего за 50 дней».
«Мы считаем, что это связано с тем, что поздние орнитоподы, должно быть, питались жесткими растениями, которые быстро разрушали их зубы. Поскольку зубы изнашивались с огромной скоростью, этим динозаврам нужно было создавать «банки» зубов в своих черепах, чтобы не умереть с голоду».
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Путь к вершине среди травоядных динозавров
Хотя травоядность — один из самых распространенных образов жизни животных, есть растения удивительно сложно. В отличие от мяса, которое легко расщепляется в кишечнике, растения обычно состоят из жестких волокон и сложных углеводов, которые трудно переварить.
Зубы находятся на передовой линии этой пищевой битвы, вскрывая растения и разрезая их на более мелкие кусочки, чтобы кишечные бактерии могли эффективнее их расщеплять. Однако, как объясняет соавтор профессор Пол Барретт, это сказывается на зубах.
«На протяжении жизни травоядного его зубы постепенно изнашиваются», — говорит Пол. «Это устанавливает верхний предел жизни для некоторых млекопитающих, таких как слоны или коровы. Как только их зубы исчезают, животное больше не может питаться и умирает».
«Для рептилий это не проблема. Они способны постоянно создавать новые зубы, и замена готова появиться из-под старого зуба, как только его предшественник изнашивается. В результате зубы динозавров — обычные окаменелости, что делает их ценным способом исследования эволюции этих животных».
Команда была особенно заинтересована в изучении зубов и челюстей орнитоподов, которые в конечном итоге стали одними из самых продвинутых травоядных, когда-либо живших на нашей планете. Изучая хорошо сохранившиеся черепа, они смогли проследить, как черепа динозавров развивались во все более сложные формы, лучше приспособленные для поедания растений.
«Мы видим последовательное увеличение сложности их адаптаций к травоядности по мере эволюции», — объясняет Пол. «В начале у них были одинарные ряды довольно простых зубов с ограниченным износом, вероятно, потому что эти динозавры сосредотачивались на фруктах и более мягких растениях».
«К тому времени, когда эволюционировали гадрозавры, у них было гораздо больше зубов, которые развили большое лезвиеподобное ребро с одной стороны и ряд гребней позади него. Эта структура уникальна для этих динозавров и поддерживала верхние и нижние зубы острыми, когда они соприкасались друг с другом».
Поздние орнитоподы также двигали челюстями по-новому, будучи способными скользить ими вперед-назад и из стороны в сторону, что позволяло еще сильнее измельчать растения. Их тела также стали намного крупнее, что позволило вместить более крупные кишечники, способные эффективнее высвобождать питательные вещества из растений.
Разные динозавры по-разному подходили к травоядности. Но команда заметила, что несколько групп орнитоподов, такие как тенонтозавриды и их более продвинутые родственники игуанодонты, следуют поразительно схожему эволюционному пути. Они считают, что это пример конвергентной эволюции.
«Около 110 миллионов лет назад эти орнитоподы быстро развили ряд схожих характеристик», — объясняет Пол. «Их зубы увеличиваются в количестве, челюсти смыкаются плотнее, и они наращивают больше сменных зубов, становясь более эффективными травоядными».
«Мы также видим это у рогатых динозавров, которые включают такие виды, как трицератопс. Возникает соблазн предположить, что эти изменения произошли по схожим причинам».
Могли ли цветы быть ответственны?
Хотя свидетельства изменения окружающей среды в раннем меловом периоде убедительны, выяснить, что именно произошло, сложно. Чтобы попытаться выявить потенциальные причины, команда исследовала стертые участки зубов динозавров, известные как фасетки износа, на предмет признаков микроскопических изменений.
«До раннего мелового периода зубы орнитоподов имели много крупных ямок», — говорит Аттила. «Это говорит о том, что они ели большое количество семян растений, а также, возможно, потребляли много пыли и почвы, питаясь близко к земле».
«У более поздних форм меньше ямок, но гораздо больше царапин. Это говорит о том, что они теперь ели более жесткие растения или питались по-другому».
Одно из возможных объяснений, помимо активного изменения рациона динозаврами, заключается в том, что определенные растения стали более распространенными. Возможно, причиной был расцвет цветковых растений, но это не совсем соответствует имеющимся данным.
«Хотя подозрительно, что цветковые растения начинают диверсифицироваться примерно в это время, они все еще были довольно редки», — говорит Пол. «Фактически, до позднего мелового периода хвощи, папоротники и хвойные были гораздо более распространены для динозавров, искавших, что поесть».
«Поскольку очень трудно разделить ископаемые записи растений и динозавров, маловероятно, что у нас когда-либо будет достаточно подробных доказательств, чтобы доказать связь, даже если это очень интересная идея».
Закончив работу над орнитоподами, команда надеется постепенно расширить свои исследования на других травоядных динозавров, таких как анкилозавры или рогатые динозавры. Это может дать нам лучшее представление о том, почему эти рептилии были так успешны и как эволюция формировала рацион разных групп.
«Мы хотели бы иметь возможность изучить других динозавров, чтобы увидеть, является ли тенденция увеличения размера тела, количества зубов и изменения износа зубов, которую мы обнаружили у орнитоподов, более распространенной», — говорит Аттила. «Если мы сможем выяснить, какие изменения происходили с травоядными в то время, это даст нам гораздо больше шансов понять место этих динозавров в экосистемах мезозойской эры».