Диатомовые водоросли помогли паукам окаменеть
Палеонтологи изучили хорошо сохранившиеся окаменелости пауков из олигоценового местонахождения возрастом 22,5 миллиона лет. Оказалось, что их ткани смогли окаменеть благодаря диатомовым водорослям. Эти одноклеточные организмы выделяли серосодержащие вещества, которые вступали в реакцию с хитином пауков, в результате чего образовались стабильные соединения. Исследование опубликовано в журнале Communications Earth & Environment.
Лучше всего в палеонтологической летописи сохраняются кости и зубы, так как в них изначально содержится большое количество минералов. Мягкие ткани, такие как перья, хитиновые покровы, кожа или мышцы, окаменевают очень редко, так как обычно разлагаются сразу после смерти организма. Для их фоссилизации захоронение организмов должно происходить в особых условиях. Местонахождения, в которых находят мягкие ткани, называют консервационными лагерштеттами.
В число самых знаменитых консервационных лагерштеттов входит зольнхофенский известняк в Германии, в котором, к примеру, были найдены окаменевшие кожа и подкожный жир ихтиозавров. Их сохранению поспособствовал фосфор, содержащийся в самих тканях. Другой известный пример консервационного лагерштетта — китайская формация Исянь (Yixian Formation). В ее отложениях палеонтологи обнаружили динозавра каудиптерикса, в окаменевшем хряще которого сохранились остатки ядра с хроматином. В этом случае мягкие ткани хорошо сохранились из-за того, что их быстро засыпало вулканическим пеплом, а также из-за свойств самой хрящевой ткани.
Еще одно условие, которое способствует сохранению мягких тканей, — биопленки микроорганизмов. Так, в некоторых олигоценовых и миоценовых лагерштеттах окаменелости покрыты ископаемыми биопленками диатомовых водорослей (Bacillariophyceae) — одноклеточных фотосинтезирующих эукариот с панцирем из кремнезема. Ученые предполагали, что биопленки диатомей обеспечивали анаэробные условия, выделяя внеклеточный полимерный матрикс.
Проверить это предположение решили палеонтологи из США и Великобритании во главе с Элисон Олкотт (Alison N. Olcott) из Канзасского университета. Ученые исследовали несколько окаменелостей пауков из олигоценового лагерштетта — озерных отложений формации Экс-ан-Прованс (Aix-en-Provence Formation), возраст которых составляет 22,5 миллиона лет.
При помощи сканирующего электронного микроскопа исследователи обнаружили на окаменелостях ископаемые панцири диатомей. Флуоресцентная микроскопия и энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия показали, что окаменелости были покрыты полимером с высоким содержанием углерода и серы. Палеонтологи пришли к выводу, что это сера из матрикса диатомей, так как она содержится в матриксе современных диатомовых.
Ученые предложили следующий механизм окаменения мягких тканей. Паук попадал на диатомовую биопленку на поверхности воды и тонул вместе с ней. Матрикс в биопленке создавал анаэробные условия, а затем в игру вступали серосодержащие вещества. Основу экзоскелета пауков, как и других членистоногих, составляет хитин — полисахарид, состоящий из остатков N-ацетилглюкозамина. У большинства организмов он представлен α-хитином, который состоит из антипараллельных цепей. N-ацетилглюкозамин содержит карбонильную группу, и в α-хитине карбонильные группы разных цепей из-за антипараллельной конфигурации располагаются рядом друг с другом. Серосодержащие соединения из матрикса диатомей могли вступать с карбонильными группами хитина пауков в реакцию сульфуризации с образованием дисульфидных мостиков, которые могли способствовать образованию более стабильных структур — ароматических колец. Палеонтологи отмечают, что похожим образом могут сохраняться ткани и у других организмов, так как хитин — один из самых распространенных биополимеров.
Ученые проанализировали литературу, посвященную кайнозойским местонахождениям, и выяснили, что ископаемые диатомовые водоросли встречаются в большинстве лагерштеттов этого времени (в основном в неморских отложениях). Авторы считают, что эти лагерштетты также необходимо исследовать, чтобы понять, насколько широко распространен такой тип сохранения мягких тканей.
Несколько лет назад ученые показали, что сохранению мягких тканей могут способствовать и кишечные бактерии. Они формируют биопленку, которая сохраняет форму внутренних органов у небольших животных.
Семён Морозов
Половое созревание у окаменелых амниот описали впервые
Исследователи из Германии, Китая, США и Японии обнаружили признаки полового созревания у ископаемой морской рептилии из южно-китайских отложений триасового периода. Это стало первым описанием пубертата у окаменелых амниот. Отчет о работе появился в журнале Current Biology. Определение полового созревания как правило базируется на вторичных половых признаках, распознать которые у вымерших рептилий практически невозможно. Альтернативу может представлять изучение формирования костей, но для этого нужны образцы представителей одного вида разных возрастов. Подходящим объектом для этого могут служить морские живородящие завроптеригии кейчоузавры (Keichousaurus hui), которые известны по тысячам образцов — от плода до крупной взрослой особи. У них выражен половой диморфизм: самцы примерно на 10 процентов крупнее самок, и с возрастом на их бедренных костях появляются хорошо различимые расширения в дистальной части и развитые дельтовидные в сечении гребни. У детенышей и самок эти кости ровной цилиндрической формы. Чтобы разобраться в процессе перехода от детеныша к взрослой особи, сотрудники Хэфэйского технологического, Боннского и Токийского городского университетов, а также Института динозавров Естественно-исторического музея округа Лос-Анджелес под руководством Мартина Сэндера (Martin Sander) провели гистологическое исследование образцов, высверленных из средней трети диафиза 18 бедренных костей кейчоузавров. 11 из них принадлежали самцам, шесть — самкам и один — изолированному плоду. Все они были обнаружены на юго-западе Китая в отложениях среднего триаса возрастом примерно 240 миллионов лет. В тонких отполированных срезах каждого образца, кроме плодного, под микроскопом были четко видны последовательные годичные циклы роста. В конце первого цикла наблюдались признаки модуляции роста, в частности снижение организации волокон, видимых в кросс-поляризованном свете. В конце каждого последующего цикла появлялось годичное кольцо (аннулюс) — тонкий слой аваскулярной пластинчатой костной ткани. Форма этих колец отражает срез кости в соответствующем возрасте, и по их динамике можно судить о траектории ее роста. Развитие костей у всех особей начиналось с аннулюсов круглой формы. У самцов с каждым годом эта форма становилась все более треугольной, максимально выраженной у взрослых, а у самок оставалась неизменной в процессе развития. Гистологически такие изменения у самцов были вызваны направленными отклонениями в аппозиции новых клеток вокруг кости, более высокой пористостью ткани и менее организованным расположением волокон в районе образующихся гребней. В сумме этот переход конфигурации кости от ювенильной к взрослой отражает процесс полового созревания. Построив кривые роста трех самцов и двух самок, исследователи выяснили, что траектории их развития в целом совпадают. Пубертат, для которого характерен быстрый рост, охватывал второй год жизни рептилий. После этого рост замедлялся — так происходит, чтобы переключить энергозатраты с него на размножение — но в течение нескольких лет еще продолжался (у одного из самцов до восьми лет). Авторы работы отмечают, что из-за небольшой выборки эти результаты могут быть неточными. Два дорсальных гребня бедренной кости кейчоузавра служат местом прикрепления широчайшей мышцы спины и трицепса, обеспечивающих приведение и распрямление задних конечностей. Вентральный гребень связан с работой мышц-сгибателей, таких как грудная, плечевая и бицепс плеча. Выраженные гребни свидетельствуют о высокой нагрузке на прикрепленные к ним мышцы, что, скорее всего, отражает вторичные половые признаки, относящиеся к бою, охоте и совокуплению, как и у современных чешуйчатых. У рептилий за рост костей и повышенную подвижность в пубертатном периоде отвечает мужской половой гормон тестостерон. Таким образом, обнаруженное развитие полового диморфизма бедренных костей у кейчоузавров, по-видимому, связано с действием внутренних факторов в виде половых гормонов и внешних — в виде связанного с пубертатом поведения, пишут авторы работы. По их данным, это стало первым описанием полового созревания у окаменелых амниот. В сумме полученные данные позволяют выделить в развитии кейчоузавров четыре стадии: плодную (от начала окостенения до рождения), ювенильную (от рождения до пубертата — вероятно, продолжительностью около года), пубертатную (от начала до завершения формирования характерной для взрослых формы костей у самцов — второй год жизни) и взрослую. В конце 2021 года палеонтологи опубликовали описание гигантского птерозавра кетцалькоатля (Quetzalcoatlus northropi), изучение которого продолжалось полвека — об этом рассказывает материал «Hic sunt dracones». Спустя полгода тираннозавров (Tyrannosaurus rex) предложили разделить на три разных вида — об этом можно почитать в материале «Постулат о трех тирексах».
