Диметродон ( / d aɪ ˈ m iː t r ə ˌ d ɒ n / [1]или/ d aɪ ˈ mɛ t rə ˌ dɒ n /; [ 2 ] букв.'две меры зубов' ) — вымершийроднемлекопитающихсинапсид,принадлежащий к семейству Sphenacodontidae ,который жил вцисуральскуюэпохураннегопермскогопериода, около 295–272 миллионов лет назад.[3][4][5]При длине большинства видов 1,7–4,6 м (5,6–15,1 фута) и весе 28–250 кг (62–551 фунт), наиболее заметной особенностьюдиметродонаявляется большойпарус позвоночникана спине, образованный удлиненными шипами, отходящими отпозвонков. Он был облигатнымчетвероногим(он мог ходить только на четырех ногах) и имел высокий изогнутый череп с крупными зубами разного размера, установленными вдоль челюстей. Большинство окаменелостей были найдены наюго-западе Соединенных Штатов, большинство из них из геологического месторождения, называемогоRed Beds of Texas and Oklahoma. Совсем недавно его окаменелости были найдены вГерманиипервого выделения родабыло названо более дюжины видов
Диметродона часто ошибочно принимают за динозавра или современника динозавров в популярной культуре, но он вымер примерно за 40 миллионов лет до появления динозавров. [6] [7] Хотя по внешнему виду и физиологии он похож на рептилию, диметродон гораздо более тесно связан с млекопитающими, чем с рептилиями, хотя он и не является прямым предком млекопитающих. [4] Диметродона относят к «немаммалиевым синапсидам», группе, традиционно — но неправильно — называемой «звероподобными рептилиями», [4] но теперь известной как стволовые млекопитающие. Это объединяет диметродона вместе с млекопитающими в кладу Synapsida, в то время как рептилии помещаются в отдельную кладу Sauropsida . Отдельные отверстия в черепе позади каждого глаза, известные как височные окна , и другие особенности черепа отличают диметродона и настоящих млекопитающих от большинства самых ранних завропсидов .
Диметродон, вероятно, был одним из высших хищников экосистем Цисуралья, питаясь рыбой и четвероногими , включая рептилий и амфибий . Более мелкие виды диметродонов могли иметь иные экологические роли . Парус диметродона мог использоваться для стабилизации его позвоночника или для нагрева и охлаждения его тела в качестве формы терморегуляции . [8] Некоторые недавние исследования утверждают, что парус был бы неэффективен для отвода тепла от тела, поскольку были обнаружены крупные виды с маленькими парусами, а мелкие виды были обнаружены с большими парусами, по сути, исключая регуляцию тепла как его основную цель. Парус, скорее всего, использовался в брачных демонстрациях , включая отпугивание соперников или хвастовство перед потенциальными партнерами. [9] [10]
Диметродон был четвероногим , парусным синапсидом, который, скорее всего, имел полуразваленную позу между млекопитающим и ящерицей, а также мог ходить в более вертикальной стойке, приподнимая свое тело и большую часть или весь хвост над землей. [11] Большинство видов диметродонов имели длину от 1,7 до 4,6 м (от 6 до 15 футов) и, по оценкам, весили от 28 до 250 кг (от 60 до 550 фунтов). [12] Самый маленький известный вид D. teutonis был около 60 см (24 дюйма) в длину и весил 14 килограммов (31 фунт). [12] [13] Более крупные виды Dimetrodon были одними из крупнейших хищников ранней перми, хотя близкородственный Tappenosaurus , известный по фрагментам скелета в немного более молодых породах, мог быть даже крупнее и, по оценкам, достигал 5,5 метров (18 футов) в длину. [14] [15] Хотя некоторые виды Dimetrodon могли вырастать очень большими, известно много молодых особей. [16]
Одно большое отверстие по обе стороны задней части черепа связывает диметродона с млекопитающими и отличает его от большинства самых ранних завропсидов, у которых либо нет отверстий , либо есть два отверстия . Такие особенности, как гребни на внутренней стороне носовой полости и гребень на задней части нижней челюсти, считаются частью эволюционного прогресса от ранних четвероногих наземных позвоночных к млекопитающим .
Череп диметродона высокий и сжат с боков или из стороны в сторону. Глазницы расположены высоко и далеко сзади в черепе. За каждой глазницей находится одно отверстие, называемое подвисочным окном . Дополнительное отверстие в черепе, надвисочное окно , можно увидеть, если смотреть сверху. Задняя часть черепа ( затылок ) ориентирована под небольшим углом вверх, особенность, которую он разделяет со всеми другими ранними синапсидами . [17] Верхний край черепа спускается вниз по выпуклой дуге к кончику морды. Кончик верхней челюсти, образованный предчелюстной костью, приподнят над частью челюсти, образованной верхнечелюстной костью, образуя верхнечелюстную «ступеньку». Внутри этой ступеньки находится диастема , щель в зубном ряду. Его череп был более массивным, чем череп динозавра.
Размер зубов сильно различается по длине челюстей, что дало диметродону его название, которое означает «две меры зуба» в отношении наборов мелких и крупных зубов. [18] Одна или две пары клыкообразных зубов (большие, заостренные, похожие на клыки ) отходят от верхней челюсти. Большие резцы также присутствуют на кончиках верхней и нижней челюстей, укорененные в предчелюстных костях и зубных костях . Маленькие зубы присутствуют вокруг верхнечелюстной «ступеньки» и позади клыкообразных зубов, становясь меньше дальше в челюсти. [19]
Многие зубы шире всего в средней части и сужаются ближе к челюстям, что придает им вид слезы. Каплевидные зубы уникальны для диметродона и других близкородственных сфенакодонтид , что помогает отличить их от других ранних синапсидов. [13] Как и у многих других ранних синапсидов , зубы большинства видов диметродона зазубрены по краям. [13] Зазубрины зубов диметродона были настолько мелкими, что напоминали крошечные трещины. [20] У динозавра альбертозавра были похожие трещиноподобные зазубрины, но в основании каждой зазубрины была круглая пустота , которая функционировала для распределения силы по большей площади поверхности и предотвращения распространения трещины по зубу из-за напряжений при кормлении. В отличие от альбертозавра , у зубов диметродона не было приспособлений, которые бы предотвращали образование трещин на их зазубринах. [20] У зубов D. teutonis нет зазубрин, но они все еще имеют острые края. [13]
Исследование 2014 года показывает, что диметродон находился в гонке вооружений против своей добычи. У более мелкого вида, D. milleri , не было зубцов на зубах, потому что он питался мелкой добычей. По мере того, как добыча становилась больше, у нескольких видов диметродонов на зубах начали появляться зубцы, и они увеличивались в размерах. Например, у D. limbatus были зубцы на эмали, которые помогали ему прорезать плоть (они были похожи на зубцы, которые можно найти у секодонтозавра ). У второго по величине вида, D. grandis , зубцы на зубцах похожи на зубцы акул и тероподовых динозавров, что делало его зубы еще более специализированными для разрезания плоти. По мере того, как добыча диметродона становилась больше, различные виды реагировали на это ростом до больших размеров и развитием все более острых зубов. [21] Толщина и масса зубов диметродона также могли быть адаптацией для увеличения долговечности зубов. [22]
На внутренней поверхности носовой части черепа находятся гребни, называемые назотурбиналиями , которые могли поддерживать хрящ, увеличивающий площадь обонятельного эпителия , слоя ткани, который обнаруживает запахи. Эти гребни намного меньше, чем у более поздних синапсидов из поздней перми и триаса, чьи большие назотурбиналии считаются доказательством теплокровности, поскольку они могли поддерживать слизистые оболочки, которые согревали и увлажняли входящий воздух. Таким образом, носовая полость диметродона является переходной между таковыми у ранних наземных позвоночных и млекопитающих. [23]
Другой переходной чертой диметродона является гребень в задней части челюсти, называемый отраженной пластинкой, который находится на суставной кости, которая соединяется с квадратной костью черепа, образуя челюстной сустав. У более поздних предков млекопитающих суставная и квадратная кости отделились от челюстного сустава, в то время как суставная развилась в молоточек среднего уха . Отраженная пластинка стала частью кольца, называемого барабанным кольцом, которое поддерживает барабанную перепонку у всех ныне живущих млекопитающих. [24]
Хвост диметродона составляет большую часть его общей длины тела и включает около 50 хвостовых позвонков . Хвосты отсутствовали или были неполными в первых описанных скелетах диметродона . Единственными известными хвостовыми позвонками были 11, ближайшие к бедру. Поскольку эти первые несколько хвостовых позвонков быстро сужаются по мере удаления от бедра, многие палеонтологи в конце 19-го и начале 20-го веков считали, что у диметродона был очень короткий хвост. Практически полный хвост диметродона был описан только в 1927 году. [25]
Парус Dimetrodon образован удлиненными невральными шипами, выступающими из позвонков. Каждый шип различается по форме поперечного сечения от основания до кончика в том, что известно как «диметродонтная» дифференциация. [26] Возле тела позвонка поперечное сечение позвоночника сжато с боков в прямоугольную форму, а ближе к кончику оно принимает форму восьмерки, поскольку канавка проходит по обеим сторонам позвоночника. Считается, что форма восьмерки укрепляет позвоночник, предотвращая изгиб и переломы. [27] Поперечное сечение позвоночника одного образца Dimetrodon giganhomogenes имеет прямоугольную форму, но сохраняет кольца в форме восьмерки близко к своему центру, что указывает на то, что форма шипов может меняться с возрастом особей. [28] Микроскопическая анатомия каждого шипа различается от основания до кончика, указывая, где он был встроен в мышцы спины, а где он был выставлен как часть паруса. Нижняя или проксимальная часть позвоночника имеет шероховатую поверхность, которая могла бы служить точкой крепления для эпаксиальных мышц спины, а также имеет сеть соединительных тканей, называемых волокнами Шарпея , которые указывают на то, что она была встроена в тело. Выше на дистальной (внешней) части позвоночника поверхность кости более гладкая. Надкостница , слой ткани, окружающий кость, покрыта небольшими бороздками, которые, предположительно, поддерживали кровеносные сосуды, васкуляризирующие парус. [29]
Большая канавка, которая проходит по всей длине позвоночника, когда-то считалась каналом для кровеносных сосудов, но поскольку кость не содержит сосудистых каналов, парус, как полагают, не был так сильно васкуляризирован, как когда-то считалось. Некоторые образцы Dimetrodon сохраняют деформированные области остистого отростка, которые, по-видимому, являются зажившими переломами. Кортикальная кость , которая росла над этими переломами, сильно васкуляризирована, что предполагает, что на парусе должна была присутствовать мягкая ткань, снабжающая это место кровеносными сосудами . [27] Слоистая пластинчатая кость составляет большую часть площади поперечного сечения остистого отростка и содержит линии остановки роста, которые можно использовать для определения возраста каждой особи на момент смерти. [30] У многих образцов D. gigashomogenes дистальные части шипов резко изгибаются, что указывает на то, что парус имел нерегулярный профиль при жизни. Их кривизна предполагает, что мягкие ткани, возможно, не доходили до кончиков шипов, а это означает, что перепонки паруса могли быть не такими обширными, как это обычно себе представляют. [26]
Никаких ископаемых свидетельств кожи диметродона пока не обнаружено. Отпечатки кожи родственного животного, Estemmenosuchus , указывают на то, что она была гладкой и хорошо снабженной железами, но эта форма кожи, возможно, не была присуща диметродону , поскольку его родословная довольно далека. [31] Диметродон также мог иметь большие щитки на нижней стороне хвоста и живота, как и другие синапсиды. [32] [33] Данные по варанопиду Ascendonanus предполагают, что некоторые ранние синапсиды могли иметь чешуйки, похожие на чешуйки . [34] Однако некоторые недавние исследования поставили варанопидов как таксономически более близких к диапсидным рептилиям . [35] [36] (не было доказано, что у диметродона есть волосы, и если появится какая-либо новая информация, эта статья будет обновлена.)
Самым ранним открытием ископаемых останков диметродона была верхняя челюсть , обнаруженная в 1845 году человеком по имени Дональд Маклеод, проживавшим в британской колонии на острове Принца Эдуарда . [37] Эти окаменелости были куплены Джоном Уильямом Джонсоном, канадским геологом, а затем описаны Джозефом Лейди в 1854 году как нижняя челюсть Bathygnathus borealis , крупного плотоядного животного, родственного текодонтозавру , [38] хотя позже, в 2015 году, она была переклассифицирована в вид диметродона , как Dimetrodon borealis . [39]
Ископаемые останки, которые теперь приписывают диметродону , были впервые изучены американским палеонтологом Эдвардом Дринкером Коупом в 1870-х годах. Коуп получил окаменелости вместе с окаменелостями многих других пермских четвероногих от нескольких коллекционеров, которые исследовали группу пород в Техасе, называемую Красными пластами . Среди этих коллекционеров были швейцарский натуралист Якоб Болл , техасский геолог У. Ф. Камминс и палеонтолог-любитель Чарльз Хазелиус Штернберг . [40] Большинство образцов Коупа отправились в Американский музей естественной истории или в Музей Уокера Чикагского университета (большая часть коллекции окаменелостей Уокера сейчас находится в Музее естественной истории им. Филда ).
Штернберг отправил несколько своих образцов немецкому палеонтологу Фердинанду Бройли в Мюнхенский университет , хотя Бройли не был столь плодовитым, как Коуп, в описании образцов. Соперник Коупа Отниэль Чарльз Марш также собрал несколько костей диметродона , которые он отправил в Музей Уокера. [41] Первое использование названия диметродон произошло в 1878 году, когда Коуп назвал виды Dimetrodon incisivus , Dimetrodon rectiformis и Dimetrodon gigas в научном журнале Proceedings of the American Philosophical Society . [42]
Первое описание окаменелости диметродона появилось годом ранее, когда Коуп назвал вид Clepsydrops limbatus из Техасских красных пластов. [43] (Название Clepsydrops было впервые придумано Коупом в 1875 году для останков сфенакодонтид из округа Вермилион, штат Иллинойс , и позднее использовалось для многих образцов сфенаконтид из Техаса; многие новые виды сфенакодонтид из Техаса были отнесены либо к Clepsydrops , либо к Dimetrodon в конце 19-го и начале 20-го веков.) C. limbatus был переклассифицирован как вид Dimetrodon в 1940 году, что означает, что статья Коупа 1877 года была первой записью о Dimetrodon .
Коуп был первым, кто описал парусообразный синапсид, назвав его C. natalis в своей статье 1878 года, хотя он назвал парус плавником и сравнил его с гребнями современной ящерицы василиска ( Basilicus ). Паруса не сохранились у особей D. incisivus и D. gigas , описанных Коупом в его статье 1878 года, но у описанной им особи D. rectiformis имелись удлиненные шипы . [42] Коуп прокомментировал назначение паруса в 1886 году, написав: «Трудно представить себе его полезность. Если только животное не имело водных привычек и не плавало на спине, гребень или плавник должны были быть препятствием для активных движений... Конечности недостаточно длинные, а когти недостаточно острые, чтобы демонстрировать древесные привычки, как у существующего рода Basilicus , у которого есть похожий гребень». [19]
В первые несколько десятилетий 20-го века американский палеонтолог EC Case написал много исследований о Dimetrodon и описал несколько новых видов. Он получил финансирование от Института Карнеги за свое исследование многих образцов Dimetrodon в коллекциях Американского музея естественной истории и нескольких других музеев. [41] Многие из этих окаменелостей были собраны Коупом, но не были подробно описаны, поскольку Коуп был известен тем, что создавал новые виды на основе всего лишь нескольких фрагментов костей.
Начиная с конца 1920-х годов палеонтолог Альфред Ромер пересмотрел множество образцов диметродонов и дал названия нескольким новым видам. В 1940 году Ромер стал соавтором большого исследования с Ллевеллином Айвором Прайсом под названием «Обзор пеликозавров», в котором виды диметродонов, названные Коупом и Кейсом, были переоценены. [44] Большинство названий видов, которые Ромер и Прайс считали валидными, используются и сегодня. [29]
В течение десятилетий после монографии Ромера и Прайса было описано множество образцов Dimetrodon из местностей за пределами Техаса и Оклахомы . Первый был описан из региона Four Corners в Юте в 1966 году [45] , а другой был описан из Аризоны в 1969 году. [46] В 1975 году Олсон сообщил о материале Dimetrodon из формации Вашингтон в Огайо, которому было дано предварительное определение D. cf. limbatus . [47] [48] [49] Новый вид Dimetrodon, названный D. occidentalis (что означает «западный Dimetrodon »), был назван в 1977 году из Нью-Мексико. [50] Образцы, найденные в Юте и Аризоне, вероятно, также принадлежат к D. occidentalis . [51]
До этих открытий существовала теория, что среднеконтинентальный морской путь отделял то, что сейчас является Техасом и Оклахомой, от более западных земель в раннем пермском периоде, изолируя Dimetrodon в небольшом регионе Северной Америки, в то время как меньший сфенакодонтид под названием Sphenacodon доминировал в западной области. Хотя этот морской путь, вероятно, существовал, открытие окаменелостей за пределами Техаса и Оклахомы показывает, что его протяженность была ограниченной и что он не был эффективным барьером для распространения Dimetrodon . [50] [52]
В 2001 году новый вид диметродона , названный D. teutonis, был описан из нижнепермского местонахождения Бромаккер в Тюрингенском лесу в Германии, что впервые расширило географический ареал диметродона за пределы Северной Америки. [12]
С момента первого описания рода в 1878 году было названо двадцать видов диметродона . Многие из них были синонимизированы со старыми видами, а некоторые теперь относятся к другим родам.
Dimetrodon limbatus был впервые описан Эдвардом Дринкером Коупом в 1877 году как Clepsydrops limbatus . [43] (Название Clepsydrops было впервые придумано Коупом в 1875 году для останков сфенакодонтид из округа Вермилион, штат Иллинойс , и позднее использовалось для многих образцов сфенаконтид из Техаса; многие новые виды сфенакодонтид из Техаса были отнесены либо к Clepsydrops , либо к Dimetrodon в конце девятнадцатого и начале двадцатого веков . ) Основываясь на образце из Красных пластов Техаса , это был первый известный парусный синапсид. В 1940 году палеонтологи Альфред Ромер и Ллевеллин Айвор Прайс переназначили C. limbatus в род Dimetrodon , сделав D. limbatus типовым видом Dimetrodon . [44] Останки, предварительно отнесенные к этому виду, также известны из округа Вашингтон, штат Огайо , которые соответствуют относительно крупной особи. Эти останки немного старше других, отнесенных к D. limbatus с запада, хотя потенциальные останки D. limbatus из Нью-Мексико могут быть одновременными с ним. [49]
Первое использование названия Dimetrodon произошло в 1878 году, когда Коуп назвал вид Dimetrodon incisivus вместе с Dimetrodon rectiformis и Dimetrodon gigas . [42]
Dimetrodon rectiformis был назван вместе с Dimetrodon incisivus в статье Коупа 1878 года и был единственным из трех названных видов, сохранившим удлиненные невральные отростки. [42] В 1907 году палеонтолог EC Case переместил D. rectiformis в вид D. incisivus . [41] D. incisivus позже стал синонимом типового вида Dimetrodon limbatus , что сделало D. rectiformis синонимом D. limbatus . [29]
Описанный в 1881 году на основе костей верхней челюсти, Dimetrodon semiradicatus был последним видом, названным Коупом. [53] В 1907 году EC Case синонимизировал D. semiradicatus с D. incisivus на основе сходства в форме зубов и костей черепа. [41] D. incisivus и D. semiradicatus теперь считаются синонимами D. limbatus . [29]
Dimetrodon dollovianus был впервые описан Эдвардом Дринкером Коупом в 1888 году как Embolophorus dollovianus . В 1903 году EC Case опубликовал длинное описание E. dollovianus , которое он позже назвал Dimetrodon . [54]
Палеонтолог EC Case в 1907 году назвал новый вид синапсида с парусом на спине, Theropleura grandis . [41] В 1940 году Альфред Ромер и Ллевеллин Айвор Прайс переименовали Theropleura grandis в Dimetrodon , выделив вид D. grandis . [44]
В своей статье 1878 года об окаменелостях из Техаса Коуп назвал Clepsydrops gigas вместе с первыми названными видами Dimetrodon , D. limbatus , D. incisivus и D. rectiformis . [42] Кейс переклассифицировал C. gigas как новый вид Dimetrodon в 1907 году. [41] Кейс также описал очень хорошо сохранившийся череп Dimetrodon в 1904 году, отнеся его к виду Dimetrodon gigas . [55] В 1919 году Чарльз У. Гилмор отнес почти полный образец Dimetrodon к виду D. gigas . [56] Dimetrodon gigas теперь признан синонимом D. grandis . [57]
Dimetrodon giganhomogenes был назван EC Case в 1907 году и до сих пор считается действительным видом Dimetrodon . [41] [29]
Dimetrodon macrospondylus был впервые описан Коупом в 1884 году как Clepsydrops macrospondylus . В 1907 году Кейс переклассифицировал его как Dimetrodon macrospondylus . [41]
Dimetrodon platycentrus был впервые описан Кейсом в его монографии 1907 года. В настоящее время он считается синонимом Dimetrodon macrospondylus . [29]
Палеонтолог Альфред Ромер выделил вид Dimetrodon natalis в 1936 году, ранее описанный как Clepsydrops natalis . D. natalis был самым маленьким известным видом Dimetrodon в то время и был найден рядом с останками более крупного D. limbatus . [58]
Dimetrodon booneorum был впервые описан Альфредом Ромером в 1937 году на основе останков из Техаса. [58]
Dimetrodon kempae был назван Ромером в 1937 году в той же статье, что и D. booneorum , D. loomisi и D. milleri . [58] Dimetrodon kempae был назван на основе одной плечевой кости и нескольких позвонков, и поэтому может быть nomen dubium , который не может быть выделен как уникальный вид Dimetrodon . [12] В 1940 году Ромер и Прайс выдвинули возможность того, что D. kempae может не входить в род Dimetrodon , предпочитая классифицировать его как Sphenacodontidae incertae sedis . [44]
Dimetrodon loomisi был впервые описан Альфредом Ромером в 1937 году вместе с D. booneorum , D. kempae и D. milleri . [58] Останки были найдены в Техасе и Оклахоме.
Dimetrodon milleri был описан Ромером в 1937 году. [58] Это один из самых маленьких видов Dimetrodon в Северной Америке, и он может быть тесно связан с D. occidentalis , другим видом с небольшим телом. [51] D. milleri известен по двум скелетам, один почти полный (MCZ 1365) и другой менее полный, но более крупный (MCZ 1367). D. milleri является самым древним известным видом Dimetrodon .
Помимо своего небольшого размера, D. milleri отличается от других видов Dimetrodon тем, что его остистые отростки имеют круглую, а не восьмеркообразную форму в поперечном сечении. Его позвонки также короче по высоте относительно остальной части скелета, чем у других видов Dimetrodon . Череп высокий, а морда короткая относительно височной области. Короткие позвонки и высокий череп также наблюдаются у видов D. booneorum , D. limbatus и D. grandis , что позволяет предположить, что D. milleri может быть первым в эволюционной прогрессии между этими видами.
Dimetrodon angelensis был назван палеонтологом Эвереттом К. Олсоном в 1962 году. [59] Образцы этого вида были обнаружены в формации Сан-Анджело в Техасе. [60] Это также самый крупный вид Dimetrodon.
Dimetrodon occidentalis был назван в 1977 году по названию Нью-Мексико. [50] Его название означает «западный Dimetrodon », потому что это единственный североамериканский вид Dimetrodon, известный к западу от Техаса и Оклахомы. Он был назван на основе одного скелета, принадлежащего относительно небольшой особи. Небольшой размер D. occidentalis похож на размер D. milleri , что предполагает близкое родство. Образцы Dimetrodon, найденные в Юте и Аризоне, вероятно, также принадлежат к D. occidentalis . [51]
Dimetrodon teutonis был назван в 2001 году по названию Тюрингенского леса в Германии и был первым видом Dimetrodon , описанным за пределами Северной Америки. Это также самый маленький вид Dimetrodon . [12]
В 1878 году Коуп опубликовал статью под названием «The Theromorphous Reptilia», в которой описал Dimetrodon cruciger . [61] D. cruciger отличался небольшими выступами, которые простирались с обеих сторон каждого остистого отростка, как ветви дерева. [62] В 1886 году Коуп переместил D. cruciger в род Naosaurus, поскольку считал, что его шипы настолько отличаются от шипов других видов Dimetrodon , что вид заслуживает своего собственного рода. [63] Naosaurus позже будет синонимизирован с Edaphosaurus , родом, который Коуп назвал в 1882 году на основе черепов, которые, очевидно, принадлежали травоядным животным, учитывая их тупые дробящие зубы. [64]
EC Case назвал вид Dimetrodon longiramus в 1907 году на основе лопатки и удлиненной нижней челюсти из формации Бель-Плейнс в Техасе. [41] В 1940 году Ромер и Прайс признали, что материал D. longiramus принадлежал к тому же таксону, что и другой образец, описанный палеонтологом Сэмюэлем Уэнделлом Уиллистоном в 1916 году, который включал в себя похожую удлиненную нижнюю челюсть и длинную верхнюю челюсть. [44] Уиллистон не считал свой образец принадлежащим к Dimetrodon , а вместо этого классифицировал его как офиакодонтида . [65] Ромер и Прайс отнесли образцы Кейса и Уиллистона к недавно выделенному роду и виду, Secodontosaurus longiramus , который был тесно связан с Dimetrodon . [44] [66]
Диметродон является ранним членом группы, называемой синапсидами , которая включает млекопитающих и многих из их вымерших родственников, хотя он не является предком какого-либо млекопитающего (появившегося миллионы лет спустя [67] ). Его часто ошибочно принимают за динозавра в популярной культуре, несмотря на то, что он вымер примерно за 40 миллионов лет (млн лет) до первого появления динозавров в триасовом периоде. Как синапсид, диметродон более тесно связан с млекопитающими, чем с динозаврами или любой современной рептилией. К началу 1900-х годов большинство палеонтологов называли диметродона рептилией в соответствии с таксономией Линнея , которая классифицировала Reptilia как класс , а диметродона как род внутри этого класса. Млекопитающие были отнесены к отдельному классу, а диметродон был описан как «рептилия, похожая на звероподобную». Палеонтологи выдвинули теорию, что млекопитающие произошли от этой группы в результате (как они это назвали) перехода от рептилий к млекопитающим.
Согласно филогенетической систематике , потомки последнего общего предка диметродона и всех ныне живущих рептилий будут включать всех млекопитающих, поскольку диметродон более тесно связан с млекопитающими, чем с любой ныне живущей рептилией. Таким образом, если желательно избежать клады, содержащей как млекопитающих, так и ныне живущих рептилий, то диметродона не следует включать в эту кладу — как и любую другую «звероподобную рептилию». Потомки последнего общего предка млекопитающих и рептилий (появившегося около 310 млн лет назад в позднем карбоне ) поэтому делятся на две клады: Synapsida, которая включает диметродона и млекопитающих, и Sauropsida , которая включает ныне живущих рептилий и всех вымерших рептилий, более тесно связанных с ними, чем с млекопитающими. [4]
В пределах клады Synapsida, Dimetrodon является частью клады Sphenacodontia , которая была впервые предложена как ранняя группа синапсидов в 1940 году палеонтологами Альфредом Ромером и Ллевеллином Айвором Прайсом, наряду с группами Ophiacodontia и Edaphosauria . [44] Все три группы известны с позднего карбона и ранней перми. Ромер и Прайс различали их в первую очередь по посткраниальным признакам, таким как форма конечностей и позвонков. Ophiacodontia считалась самой примитивной группой, потому что ее члены казались наиболее рептильными, а Sphenacodontia была самой продвинутой, потому что ее члены казались наиболее похожими на группу под названием Therapsida , которая включала ближайших родственников млекопитающих. Ромер и Прайс поместили еще одну группу ранних синапсидов, называемых варанопидами, в Sphenacodontia, считая их более примитивными, чем другие сфенакодонты, такие как Dimetrodon . [68] Они считали, что варанопиды и сфенакодонты, подобные диметродону, были тесно связаны, поскольку обе группы были плотоядными, хотя варанопиды были намного меньше и больше похожи на ящериц, поскольку у них не было парусов.
Современный взгляд на отношения синапсидов был предложен палеонтологом Робертом Р. Рейсом в 1986 году, чье исследование включало особенности, в основном обнаруженные в черепе, а не в посткраниальном скелете. [69] Диметродон по-прежнему считается сфенакодонтом в рамках этой филогении , но варанодонтиды теперь считаются более базальными синапсидами, выходящими за пределы клады Sphenacodontia. Внутри Sphenacodontia находится группа Sphenacodontoidea , которая, в свою очередь, содержит Sphenacodontidae и Therapsida . Sphenacodontidae — это группа, включающая Dimetrodon и несколько других синапсидов с парусами, таких как Sphenacodon и Secodontosaurus , в то время как Therapsida включает млекопитающих и их в основном пермских и триасовых родственников.
Ниже представлена кладограмма клады Synapsida, которая следует этой филогении Synapsida , модифицированной на основе анализа Бенсона (2012). [68]
На представленной ниже кладограмме показаны взаимоотношения нескольких видов Dimetrodon , согласно Бринк и др. (2015). [70]
Палеонтологи предложили множество способов, которыми парус мог функционировать в жизни. Некоторые из первых, кто задумался о его предназначении, предположили, что парус мог служить камуфляжем среди тростника, пока диметродон ждал добычу, или фактически был парусом, похожим на лодку, чтобы ловить ветер, пока животное находилось в воде. [71] Другое предположение заключается в том, что длинные невральные отростки могли стабилизировать туловище, ограничивая движение вверх и вниз, что позволяло бы более эффективно двигаться из стороны в сторону при ходьбе. [27]
В 1940 году Альфред Ромер и Ллевеллин Айвор Прайс предположили, что парус выполнял терморегулирующую функцию, позволяя особям согревать свои тела с помощью Солнца. В последующие годы было создано множество моделей для оценки эффективности терморегуляции у диметродона . Например, в статье 1973 года в журнале Nature палеонтологи К. Д. Брамвелл и П. Б. Феллгетт подсчитали, что особи весом 200 килограммов (440 фунтов) потребовалось около полутора часов, чтобы температура ее тела поднялась с 26 до 32 °C (от 79 до 90 °F). [72] В 1986 году Стивен К. Хаак пришел к выводу, что потепление происходило медленнее, чем считалось ранее, и что этот процесс, вероятно, занял четыре часа. Используя модель, основанную на различных факторах окружающей среды и предполагаемых физиологических аспектах диметродона , Хаак обнаружил, что парус позволял диметродону быстрее согреваться утром и достигать немного более высокой температуры тела в течение дня, но он был неэффективен в выделении избыточного тепла и не позволял диметродону сохранять более высокую температуру тела ночью. [73] В 1999 году группа инженеров-механиков создала компьютерную модель для анализа способности паруса регулировать температуру тела в разные сезоны и пришла к выводу, что парус был полезен для улавливания и выделения тепла в любое время года. [74]
Большинство этих исследований отводят парусу диметродона две терморегулирующие функции : одну — как средство быстрого согревания утром и другую — как способ охлаждения, когда температура тела становится высокой. Предполагается, что диметродон и все другие раннепермские наземные позвоночные были холоднокровными или пойкилотермными , полагаясь на солнце для поддержания высокой температуры тела. Из-за своего большого размера диметродон обладал высокой тепловой инерцией , что означает, что изменения температуры тела у него происходили медленнее, чем у животных с меньшим телом. Когда температура повышалась по утрам, небольшая добыча диметродона могла согревать свои тела гораздо быстрее, чем что-то размером с диметродона . Многие палеонтологи, включая Хаака, предположили, что парус диметродона , возможно, позволял ему быстро согреваться утром, чтобы не отставать от своей добычи. [73] Большая площадь поверхности паруса также означала, что тепло могло быстро рассеиваться в окружающую среду, что было полезно, если животному нужно было высвободить избыточное тепло, вырабатываемое метаболизмом или поглощаемое солнцем. Диметродон мог наклонять свой парус в сторону от солнца, чтобы охладиться, или ограничивать приток крови к парусу, чтобы поддерживать тепло ночью. [71]
В 1986 году Дж. Скотт Тернер и К. Ричард Трейси предположили, что эволюция паруса у диметродона была связана с эволюцией теплокровности у предков млекопитающих. Они считали, что парус диметродона позволял ему быть гомойотермным , поддерживая постоянную, хотя и низкую, температуру тела. Млекопитающие также являются гомойотермными, хотя они отличаются от диметродона тем, что являются эндотермными , контролируя температуру своего тела изнутри посредством повышенного метаболизма. Тернер и Трейси отметили, что ранние терапсиды, более продвинутая группа синапсидов, тесно связанных с млекопитающими, имели длинные конечности, которые могли выделять тепло способом, похожим на парус диметродона . Гомеотермия, которая развилась у животных, таких как диметродон, могла перенестись на терапсидов через изменение формы тела, которое в конечном итоге развилось в теплокровность млекопитающих. [75]
Недавние исследования паруса Dimetrodon и других sphenacodontids подтверждают утверждение Хаака 1986 года о том, что парус был плохо приспособлен к выделению тепла и поддержанию стабильной температуры тела. Наличие парусов у видов Dimetrodon с небольшим телом, таких как D. milleri и D. teutonis, не соответствует идее о том, что целью паруса была терморегуляция, поскольку меньшие паруса менее способны передавать тепло, а небольшие тела могут легко поглощать и выделять тепло самостоятельно. Более того, близкие родственники Dimetrodon , такие как Sphenacodon, имеют очень низкие гребни, которые были бы бесполезны в качестве терморегулирующих устройств. [29] Считается, что большой парус Dimetrodon постепенно развился из этих меньших гребней, что означает, что на протяжении большей части эволюционной истории паруса терморегуляция не могла выполнять важную функцию. [76]
Хотя функция его паруса остается неопределенной, Dimetrodon и другие Sphenacodontids, вероятно, были эндотермами всего тела, характеризующимися высоким энергетическим метаболизмом ( тахиметаболизмом ) и, вероятно, способностью поддерживать высокую и стабильную температуру тела. Этот вывод был частью исследования амниот , которое обнаружило, что тахиметаболическая эндотермия была широко распространена повсюду и, вероятно, плезиоморфна как для синапсид , так и для завропсидов . Для Dimetrodon доказательством был размер отверстий, через которые кровь поступала в их длинные кости, указывающий на эндотермию, и высокое кровяное давление, которое было необходимо для подачи крови к верхушкам хорошо васкуляризированных шипов, поддерживающих парус. [77]
Более крупные особи Dimetrodon имеют более крупные паруса относительно своего размера, что является примером положительной аллометрии . Положительная аллометрия может принести пользу терморегуляции, поскольку это означает, что по мере увеличения размеров особей площадь поверхности увеличивается быстрее, чем масса. Более крупные животные генерируют большое количество тепла посредством метаболизма, и количество тепла, которое должно рассеиваться с поверхности тела, значительно больше, чем то, что должно рассеиваться животными с меньшим телом. Эффективное рассеивание тепла можно предсказать у многих разных животных с помощью единственного соотношения между массой и площадью поверхности. Однако исследование аллометрии у Dimetrodon, проведенное в 2010 году , обнаружило иную связь между его парусом и массой тела: фактический показатель масштабирования паруса был намного больше, чем показатель, ожидаемый у животного, адаптированного к рассеиванию тепла. Исследователи пришли к выводу, что парус Dimetrodon рос гораздо быстрее, чем это было необходимо для терморегуляции, и предположили, что половой отбор был основной причиной его эволюции. [76]
Аллометрический показатель для высоты паруса аналогичен по величине масштабированию межвидовой длины рогов к высоте плеча у оленьих . Кроме того, как заметил Баккер (1970) в контексте Dimetrodon , многие виды ящериц поднимают спинной гребень кожи во время угроз и ухаживаний, и положительно аллометрические, сексуально диморфные оборки и подвесы присутствуют у современных ящериц (Echelle et al. 1978; Christian et al. 1995). Также имеются доказательства полового диморфизма как в прочности скелета, так и в относительной высоте шипов D. limbatus (Romer and Price 1940). [76]
Диметродоны могли быть половыми диморфами , то есть самцы и самки имели немного разные размеры тела. Некоторые образцы диметродонов были отнесены к самцам, поскольку у них более толстые кости, большие паруса, более длинные черепа и более выраженные верхнечелюстные «ступени», чем у других. Исходя из этих различий, смонтированные скелеты в Американском музее естественной истории (AMNH 4636) и Полевом музее естественной истории могут быть самцами, а скелеты в Денверском музее природы и науки ( MCZ 1347) и Музее естественной истории Мичиганского университета могут быть самками. [44]
Ископаемые останки диметродона известны из Соединенных Штатов (Техас, Оклахома, Нью-Мексико, Аризона, Юта и Огайо), Канады ( Остров Принца Эдуарда ) и Германии, областей, которые были частью суперконтинента Еврамерика в раннем пермском периоде. В Соединенных Штатах почти весь материал, приписываемый диметродону , поступил из трех геологических групп в северо-центральном Техасе и южно-центральной Оклахоме: группа Клир-Форк , группа Уичито и группа Пиз-Ривер . [78] [79] Большинство ископаемых находок являются частью низинных экосистем, которые во время пермского периода были бы обширными водно-болотными угодьями. В частности, Ред-Бедс в Техасе является областью большого разнообразия ископаемых четвероногих или четырехногих позвоночных. Помимо Dimetrodon , наиболее распространенными четвероногими в Red Beds и во всех раннепермских отложениях на юго-западе США являются амфибии Archeria , Diplocaulus , Eryops и Trimerorhachis , рептилиоморф Seymouria , рептилия Captorhinus и синапсид Ophiacodon и Edaphosaurus . Эти четвероногие составляли группу животных, которую палеонтолог Эверетт К. Олсон назвал «пермо-карбоновой хронофауной», фауной , которая доминировала в континентальной экосистеме Еврамерики в течение нескольких миллионов лет. [80] Основываясь на геологии отложений, таких как Red Beds, считается, что фауна населяла хорошо растительную низменную дельтовую экосистему . [81]
Олсон сделал много выводов о палеоэкологии техасских красных отложений и роли диметродона в их экосистеме. Он предложил несколько основных типов экосистем, в которых жили самые ранние четвероногие. Диметродон принадлежал к самой примитивной экосистеме, которая развилась из водных пищевых цепей. В ней водные растения были первичными производителями и в основном питались рыбой и водными беспозвоночными. Большинство наземных позвоночных питались этими водными первичными потребителями. Диметродон, вероятно, был главным хищником экосистемы красных отложений, питаясь различными организмами, такими как акула Xenacanthus [ необходима ссылка ] , водные амфибии Trimerorhachis и Diplocaulus , а также наземные четвероногие Seymouria и Trematops . Насекомые известны из ранних пермских красных отложений и, вероятно, в какой-то степени были вовлечены в ту же пищевую сеть, что и диметродон , питаясь мелкими рептилиями, такими как Captorhinus . В состав комплекса Ред Бедс также входили некоторые из первых крупных травоядных, обитающих на суше, таких как Эдафозавр и Диадект . Питаясь в основном наземными растениями, эти травоядные не получали энергию из водных пищевых сетей. По словам Олсона, лучшим современным аналогом экосистемы, в которой обитал Диметродон, является Эверглейдс . [81] Точный образ жизни Диметродона (от амфибийного до наземного) долгое время был предметом споров, но микроанатомия костей подтверждает наземный образ жизни, [82] что подразумевает, что он в основном питался на суше, на берегах или в очень мелководье. Существуют также доказательства того, что Диметродон охотился на зимующих Диплокаулусов во время засухи, при этом три частично съеденных молодых Диплокаулуса в норе из восьми особей имели следы зубов Диметродона , который их выкопал и убил. [83]
Единственный вид Dimetrodon, найденный за пределами юго-запада США, — это D. teutonis из Германии. Его останки были найдены в формации Тамбах в ископаемом местонахождении, называемом местностью Бромакера. Ассоциация раннепермских тетрапод Бромакера необычна тем, что в ней мало крупных синапсидов, выполняющих роль высших хищников. По оценкам, D. teutonis был всего 1,7 метра (5,6 фута) в длину, слишком мал, чтобы охотиться на крупных диадектидных травоядных, которые в изобилии встречаются в ассоциате Бромакера. Скорее всего, он питался мелкими позвоночными и насекомыми. Только три окаменелости можно отнести к крупным хищникам, и считается, что они были либо крупными варанопидами , либо мелкими сфенакодонтами , оба из которых потенциально могли охотиться на D. teutonis . В отличие от низинных дельтовых красных пластов Техаса, отложения Бромакера, как полагают, представляли собой горную среду без водных видов. Возможно, что крупные плотоядные не были частью сообщества Бромакера, поскольку они зависели от крупных водных амфибий в качестве пищи. [12]
{{cite journal}}
: Цитировать журнал требует |journal=
( помощь ){{cite journal}}
: Цитировать журнал требует |journal=
( помощь )