Окаменелые остатки рептилии возрастом 289 миллионов лет сохранили полное анатомическое устройство грудной клетки ранних покорителей суши. Благодаря нетронутым хрящам исследователи реконструировали механику первого полноценного реберного дыхания. Наличие в тканях оригинальных белков подтвердило, что сложные органические молекулы способны сохраняться в палеонтологической летописи почти на 100 миллионов лет дольше, чем считалось.
Остатки Captorhinus в пещере, реконструкция / © Michael DeBraga / Nature
Эволюционный переход от земноводных к наземным четвероногим (амниотам) сопровождался сменой типа дыхания. Амфибии дышат, «заглатывая» воздух ртом и проталкивая его в легкие. Но наши древние предки, перешедшие к полностью сухопутному образу жизни, научились вентилировать легкие, расширяя грудную клетку.
Биологи давно знали об этом, а вот изучить реально работавший дыхательный аппарат ранних амниот было невозможно. Мягкие хрящи, соединяющие ребра, бесследно пропадали за сотни миллионов лет в процессе окаменения. Десятилетиями палеонтологи строили теоретические модели работы первых легких, опираясь лишь на разрозненные фрагменты окостеневших спинных ребер.
Детали древней анатомии сохранились в карстовых пещерах Ричардс-Спур (США, штат Оклахома). Остатки рептилии Captorhinus раннего пермского периода мумифицировались благодаря просачиванию подземных углеводородов (нефти). Природная химия сработала как идеальный консервант, заблокировав процесс гниения тканей.
Хрупкость мумии не позволила извлечь кости из породы механически. Авторы исследования, опубликованного в журнале Nature, просветили камень с помощью нейтронной компьютерной томографии. Нейтроны, в отличие от рентгеновских лучей, четко фиксируют органические остатки сквозь минеральный матрикс. Затем биологи сделали микросрезы тканей и составили их химическую карту с помощью электронного микроскопа и синхротронной инфракрасной спектроскопии.
На трехмерной модели исследователи впервые увидели полный и неповрежденный дыхательный аппарат раннего амниота. Грудная клетка Captorhinus замыкалась на брюхе с помощью гибкой хрящевой структуры. Грудина рептилии не была монолитным щитом: она состояла из трех подвижных сегментов, к которым крепились гибкие хрящевые ребра. Эта шарнирная конструкция позволяла животному эффективно расширять плевральную полость и втягивать большие объемы воздуха, работая по принципу кузнечных мехов.
При химическом анализе спектрометры зафиксировали внутри кальцифицированных хрящей четкие амидные полосы — следы оригинальных белковых молекул животного, а на теле рептилии сохранился трехмерный эпидермис с различимыми чешуйками. До этой находки считалось, что эндогенные белки распадаются за десятки миллионов лет и не способны пережить эпоху динозавров. Мумия из Оклахомы доказала, что органика сохраняется даже в окаменелостях палеозоя.
Появление реберного дыхания фундаментально изменило траекторию эволюции позвоночных. Избавив мышцы головы от тяжелой работы по накачиванию легких воздухом, животные получили возможность свободно менять форму черепа. В дальнейшем это привело к взрывному разнообразию челюстей и пищевых стратегий, позволив амниотам окончательно завоевать сухопутные экосистемы.
Оценили 5 человек
7 кармы