Pterosauro sparno molekulinės liekanos ir išsaugojimas

Kaulas atėjo tarsi šnabždesys iš tolimų laikų: tuščiavidurė sparno falanga, trapiai plona kaip popierius, fosilizuota kietoje konkrecijoje ir nešanti cheminių istorijų, kurių niekas nesitikėjo atrasti.

Mineralinė laiko kapsulė iš Araripe baseino

Rasta Brazilijos Romualdo formacijoje, ši pterosauro sparno liekana kilusi iš vieno iš turtingiausių planetos fosilijų langų. Vieta garsėja žuvimis, vėžliais, krokodilų giminaičiais ir skraidančiais ropliais, išsaugotais išskirtinėmis detalėmis. Dauguma šių egzempliorių guli apvaliose karbonatinėse konkrecijose, mineralinėse sferose, kurios susidaro netrukus po užkasimo ir efektyviai saugo likučius nuo cheminių pažeidimų.

Šios konkrecijos veikia kaip natūralūs seifai. Kai gyvūnas numiršta ir greitai užkasinėjamas, mikrobinis skilimas ir vietinė chemija gali paskatinti mineralų iškritimą. Rezultatas – kompaktiškas, sluoksniuotas užraktas, kuris užfiksuoja tiek struktūrą, tiek kartais trapius organinius pėdsakus.

Šiuo atveju kaulas yra plona falanga. Pterosaurų kaulai buvo tuščiaviduriai ir lengvi, kad palaikytų skrydį, todėl rasti vieną su nepažeista vidine struktūra yra retas atvejis. Tyrėjai pasinaudojo didelės raiškos KT tomografija, kad pažvelgtų vidun neardydami konkrecijos, o vaizdus sujungė su tiksline geocheminė analize, kad atkartuotų mineralinius sluoksnius ir molekulines liekanas.

Mikroskopo vaizdas pterosauro fosilijos sekcijos rodo jos tamsią anglies dangą ir mineralinius sluoksnius.

Mikrobai darė daugiau nei vien gedino

Mirtis ant senovinio jūros dugno sukėlė grandininę reakciją. Bakterijos mityboje naudojo minkštus audinius ir pakeitė porinio vandens chemiją aplink gaišeną. Šie mikrobiniai procesai išlaisvino fosfatus ir sieros junginius, kurie skatino greitą mineralų formavimąsi.

Fluorapatitas, fosfatinis mineralas, susidarė kaulo viduje ir aplink jį ankstyvame etape. Šis mineralas padėjo stabilizuoti mikroskopinę kaulo architektūrą, išsaugodamas smulkius maistingųjų medžiagų kanalus ir blankias organinės atramos raštų pėdsakus. Tuo tarpu su sierą naudojančiomis bakterijomis susiję mineralai, tokie kaip baritas ir celestitas, paliko geocheminį mikrobinės bendruomenės, kuri skatino išsaugojimą, pirštų atspaudą.

Todėl mikrobai buvo tiek gedimo veiksniai, tiek išsaugojimo architektai. Jų medžiagų apykaitos šalutiniai produktai pakeitė aplinkinę chemiją taip, kad skatintų mineralų iškritimą pakankamai greitai, kad apsaugotų trapius audinius nuo visiško ištirpinimo.

Sluoksniai, chemija ir išsaugotos molekulės

Po pradinių fosfato stabilizacijos etapų, kaulo ertmę palaipsniui užpildė kalkito sluoksniai. Analizė atskleidžia seką: smulkiašėkis kalkito paviršius glaudžiai dengiantis kaulą, rupesnis tarpinis sluoksnis ir per ilgesnį laiką didesni kalkito kristalai, kurie užbaigė užpildymą. Anglies izotopų santykiai šiuose kalkituose rodo, kad daugumos anglies šaltinis buvo organinis, greičiausiai pūvančių lipidų ir likučių kaulinės organikos.

Esminis dalykas – tas daugiasluoksnis mineralinis barjeras veikė kaip seifas. Jis sumažino skysčių mainus ir cheminių atakų poveikį. Viduje išgyveno jautrūs molekuliniai fragmentai, įstrigę po mineraliniais sluoksniais ir mažyčiuose kanaluose.

Analitiniai tyrimai aptiko steranų molekules, kurios yra steroidinių lipidų transformacijos produktai. Steranai nėra dažnai aptinkami pterosauro liekanose, ir jų buvimas čia atveria naujas tyrimų kryptis dėl fiziologijos ir mitybos. Anglies izotopų matavimai cholesterolio kilmės junginiuose rodo jūrinio maitinimosi požymį, suderinamą su anatomijos užuominomis, kurios rodo, kad daug šio gyvūno dietoje sudarė žuvys arba kalmarai.

Matomi ir mikroskopiniai raštai, primenantys kolageno skaidulas. Chemine prasme pakeistos, taip, tačiau skaidulų išdėstymas atspindi tas, kurios matomos paukščių kauluose, stiprindamas gilius evoliucinius ryšius tarp pterosaurų, dinozaurų ir modernių paukščių.

Ką tai reiškia paleontologijai

Keičiasi, kaip skaitomi fosilijų duomenys. Forma ir išvaizda vis dar svarbios, tačiau chemija ir molekulinės liekanos siūlo antrą, nepriklausomą kalbą. Kai sąlygos sutampa, pavyzdžiui greitas užkasimas, specifinės mikrobų bendruomenės ir ankstyva mineralizacija, biomolekulinė informacija gali būti užfiksuota dešimtims milijonų metų.

Šis atradimas rodo, kad kiti neįprasti arba konkrecijomis uždengti egzemplioriai nusipelno atidesnės cheminės apžiūros. Pažinimas ženklų, rodančių išskirtinį išsaugojimą, padės paleontologams prioritetizuoti mėginius brangioms molekulinėms analizėms. Tai taip pat plečia užduodamų klausimų pobūdį: ne tik kaip gyvūnas atrodė, bet ką jis valgė, kaip buvo organizuoti jo audiniai ir kaip jo biologija palyginama su gyvais giminaičiais.

Eksperto įžvalga

"Steranų biomarkerių radimas pterosauro liekanose yra kertinis poslinkis stuburinių paleobiologijoje", sako dr. Elena Márquez, paleochemikė didelėje gamtos istorijos institucijoje. "Tai įrodo, kad tinkamame geocheminiame režime fosilijų archyvas išsaugo biocheminius signalus, kuriuos anksčiau laikėme prarastais. Šios molekulės leidžia testuoti ekologines ir fiziologines hipotezes būdais, kurių vien skeletinė anatomija negali atskleisti."

Dr. Márquez priduria, kad tolesni neardomieji skenavimo metodai ir tikslinga masių spektrometrija greičiausiai atskleis panašias molekulines sankaupas kituose konkrecijose užfiksuotuose fosilijose, keisdami, kaip lauko komandos renka ir prioritetizuoja medžiagą laboratoriniams tyrimams.

Išvada

Ypatingomis sąlygomis molekuliniai gyvybės pėdsakai gali išlikti daugiau nei 100 milijonų metų. Šis pterosauro sparnas, išsaugotas karbonatinėje konkrecijoje ir stabilizuotas ankstyvo fosfato bei sluoksniuoto kalkito, išsaugo tiek mikrostruktūrinius detalius, tiek molekulinius ženklus, atskleidžiančius mitybą ir audinių sudėtį.

Kai analizės įrankiai taps jautresni, o tyrėjai supras geocheminius pėdsakus, rodančius išskirtinį išsaugojimą, fosilijų įrašas atskleis naujus įrodymų tipus. Senovės gyvybė nėra apribota kaulais ir dantimis. Ji paliko cheminius atspindžius, laukiancius tinkamų metodų ir tinkamų klausimų.