Исследование указывает на кардинальные изменения в методах расчета древних диет

Определение рациона вымерших животных долгое время основывалось на анализе изотопов углерода, заключенных в ископаемых зубах. В течение двух десятилетий ключевое значение изотопа в этих уравнениях считалось одинаковым для всех растительноядных млекопитающих. Однако новое исследование под руководством Джулии Техада-Лары из Американского музея естественной истории и Колумбийского университета, опубликованное в журнале Proceedings of the Royal Society B, опровергает это предположение, показывая, что значение меняется в зависимости от размера тела.

Традиционно выводы о диете вымерших позвоночных зависели от анатомических данных вида — например, формы зубов, высоты и степени износа эмали, а также строения черепа и челюсти. Но в последнее время исследователи начали использовать анализ стабильных изотопов углерода (δ¹³C) для прямого определения пищи, которую потребляли вымершие травоядные при жизни. Стабильные изотопы углерода, образующиеся в определенных пропорциях внутри растений, сохраняются в тканях тела животных, которые эти растения едят. Взяв образцы из костей, зубов, когтей или других биологических материалов животного, палеонтологи могут определить виды растений, потребляемых отдельными животными, как разные виды могли разделять ресурсы в одной среде обитания и даже общее количество осадков или другие характеристики окружающей среды.

"Исследования стабильных изотопов углерода стали неотъемлемой частью нашего научного инструментария, информируя широкий спектр палеонтологических и геологических тем — от взаимодействия хищник-жертва до оценки древних осадков", — сказал соавтор исследования Джон Флинн, хранитель коллекции ископаемых млекопитающих Фрика в Отделении палеонтологии музея. "Применение наших новых формул, учитывающих влияние размера тела, необходимо для более точного понимания истории разнообразных видов, экосистем и климатов в истории Земли".

Когда животное включает углерод из своего рациона в ткани тела, ряд физиологических процессов влияет на то, сколько и в каких пропорциях изотопы углерода фактически усваиваются. Основываясь на исследованиях коров и других крупных копытных, ученые широко предполагали, что скелетные ткани всех растительноядных млекопитающих "обогащены" примерно на 14 промилле (14 частей на тысячу) стабильными изотопами углерода по сравнению с пищей, которую они едят. Эта константа, называемая значением обогащения, является важной частью уравнения, которое ученые используют для геохимического анализа диет животных. Но Техада-Лара, аспирант музея и факультета наук о Земле и окружающей среде Колумбийского университета, изучавшая ленивцев, заподозрила, что в этом универсальном уравнении что-то упущено.

"Использование единого значения для всех травоядных млекопитающих, от крошечных обезьян до гигантских слонов, казалось мне слишком большим допущением", — сказала Техада-Лара, ведущий автор исследования. "Я решила внимательнее изучить значение обогащения у современных и ископаемых ленивцев, потому что они являются аутсайдерами по ряду признаков по сравнению с растительноядными млекопитающими в целом".

В сотрудничестве с зоопарком Уачипа в Лиме, Перу, Техада-Лара отобрала образцы пищи и зубной пыли — собранной во время планового ветеринарного стоматологического ухода — у двух видов современных ленивцев: трехпалого ленивца (Bradypus variegatus) и двупалого ленивца (Choloepus hoffmanni). Проанализированные ленивцы с раннего возраста получали контролируемый и постоянный рацион, что позволило исследователям напрямую измерить количество потребляемого стабильного изотопа углерода. Когда исследователи рассчитали значение обогащения изотопами углерода на основе образцов, взятых из зубов ленивцев, они определили его как 10 промилле для трехпалых и 12 промилле для двупалых ленивцев.

Затем они измерили значение обогащения для гигантского вымершего наземного ленивца Mylodon darwinii, который обитал в Южной Америке примерно до 10 000 лет назад. Отобрав образцы навоза, обнаруженного вместе с окаменелостью, и зубов образца, исследователи определили, что ткань зубов была обогащена примерно на 15,5 промилле по сравнению с пропорциями углерода в пище.

"Это примерно 5 промилле вариаций только в пределах одной группы млекопитающих", — сказала Техада-Лара. "Это может существенно повлиять на интерпретацию результатов исследований, включая потенциал этого открытия для получения более точных данных об эволюции диеты в нашей собственной родословной, поскольку приматы включают мелкие и крупные виды".

Исследователи объединили данные по ленивцам со значениями обогащения, рассчитанными для ряда других травоядных млекопитающих с известным рационом — от луговых полевок до свиней и жирафов, и обнаружили ярко выраженную закономерность: значение обогащения обычно увеличивается вместе с размером тела. Они обнаружили, что у домовой мыши (Mus musculus) было самое низкое значение — 9,1 промилле, а у вымершего ленивца Mylodon — самое высокое. Основываясь на этом исследовании, команда предложила новые модели того, как углерод включается в ткани растительноядных млекопитающих — от пищи к зубам, — чтобы научное сообщество могло интегрировать их в свои исследования современных и древних животных и экосистем.

Исследование также выявило различную картину обогащения в зависимости от строения пищеварительного тракта животных — в частности, является ли животное переднекишечным или заднекишечным ферментером. Как выяснилось, гигантский наземный ленивец Mylodon был переднекишечным ферментером, производившим огромное количество метана.