Знание того, что ели вымершие животные, уже давно определяется путем анализа изотопов углерода, запертых внутри ископаемых зубов. В течение двух десятилетий предполагалось, что ключевое значение изотопа в этих уравнениях одинаково для всех травоядных млекопитающих, но новое исследование, проведенное Джулией Техада-Лара из Американского музея естественной истории и Колумбийского университета и опубликованное в журнале Труды Королевского общества B противоречат этому предположению, показывая, что значение меняется в зависимости от размера тела.
Вывод о рационе вымерших позвоночных традиционно зависит от анатомических данных для вида - например, формы зубов, высоты и степени износа зубной эмали, а также конфигурации черепа и челюсти. Но совсем недавно исследователи начали использовать анализ стабильных изотопов углерода (?13C), чтобы напрямую определить продукты, которые вымершие травоядные ели при жизни. Стабильные изотопы углерода, образующиеся в определенных пропорциях внутри растений, сохраняются в тканях животных, поедающих эти растения. Взяв образцы костей, зубов, ногтей на ногах или другого биологического материала животного, палеонтологи могут определить виды растений, которые потребляли отдельные животные, как разные виды могли разделить ресурсы в одной и той же среде обитания и даже общее количество осадков или другие характеристики окружающей среды..
«Исследования стабильных изотопов углерода в настоящее время являются неотъемлемой частью наших научных инструментов, информирующих о широком спектре палеонтологических и геологических тем, от взаимодействия хищник-жертва до оценок количества осадков в древности», - сказал Джон Флинн, соавтор исследования. исследование и куратор ископаемых млекопитающих Фрика в отделе палеонтологии музея.«Применение наших новых формул, учитывающих влияние размера тела, необходимо для более точного понимания истории различных видов, экосистем и климата в истории Земли».
Поскольку животное включает углерод из своего рациона в ткани своего тела, множество физиологических процессов влияет на то, сколько и в каких пропорциях изотопы углерода фактически поглощаются. Основываясь на исследованиях коров и других крупных копытных, ученые широко предположили, что скелетные ткани всех травоядных млекопитающих «обогащены» примерно на 14 промилле (14 частей на тысячу) стабильными изотопами углерода по сравнению с пищей, которую они потребляют. есть. Эта константа, называемая значением обогащения, является важной частью уравнения, которое ученые используют для геохимического анализа рациона 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 упускается из виду.
«Использование единого значения для всех травоядных млекопитающих, от крошечных обезьян до гигантских слонов, показалось мне большим предположением», - сказал Техада-Лара, ведущий автор исследования. «Я решил поближе взглянуть на ценность обогащения живых и ископаемых ленивцев, потому что по ряду признаков они отличаются от растительноядных млекопитающих в целом».
В сотрудничестве с зоопарком Уачипа в Лиме, Перу, Техада-Лара взяла пробы корма и зубной пыли, собранных во время обычной ветеринарной стоматологической помощи, двух видов современных ленивцев: трехпалого ленивца (Bradypus variegatus) и двупалый ленивец (Choloepus hoffmanni). Проанализированных ленивцев кормили контролируемой и стабильной диетой с раннего возраста, что дало исследователям возможность напрямую измерять количество стабильного изотопа углерода, которое они потребляют. Когда исследователи рассчитали значение обогащения изотопами углерода на основе образцов, взятых из зубов ленивцев, они определили, что оно составляет 10 промилле для трехпалых ленивцев и 12 промилле для двупалых ленивцев.
Затем они измерили значение обогащения для гигантского вымершего наземного ленивца Mylodon darwinii, который жил в Южной Америке примерно 10 000 лет назад. Взяв образцы навоза, обнаруженного вместе с окаменелостью и зубами образца, исследователи определили, что ткань зуба была обогащена примерно на 15,5 промилле по сравнению с пропорциями в пищевом углероде.
«Это около 5 вариаций на миллион только в пределах одной группы млекопитающих», - сказал Техада-Лара. «Это может иметь большое значение в интерпретации результатов исследований, включая потенциал этого открытия, чтобы обеспечить большую точность в отношении того, как эволюционировала эволюция диеты в нашей собственной линии, потому что приматы включают в себя мелкие и крупные виды».
Исследователи объединили данные о ленивцах со значениями обогащения, рассчитанными для ряда других травоядных млекопитающих с известным рационом, от степных полевок до свиней и жирафов, и обнаружили поразительно четкую закономерность: значение обогащения обычно увеличивается вместе с размером тела.. Они обнаружили, что домашняя мышь (Mus musculus) с показателем 9,1 промилле имела самое низкое значение из измеренных, а вымерший ленивец Милодон имел самое большое значение. Основываясь на этом исследовании, исследовательская группа предложила новые модели того, как углерод входит в состав растительноядных млекопитающих, от пищи до зубов, для научной области, чтобы интегрировать их в свои исследования современных и древних животных и экосистем..
Исследование также выявило различную схему обогащения в зависимости от состава пищеварительного тракта животного, в частности от того, является ли животное ферментером передней или задней кишки. Как оказалось, гигантский наземный ленивец Милодон был ферментером передней кишки, производящим огромное количество метана.