Эволюционный переход от земноводных к наземным четвероногим, амниотам, включал важные изменения дыхания. Земноводные дышат, заглатывая воздух ртом и направляя его в легкие. Однако древние предки, освоившие сушу полностью, освоили вентиляцию легких путем расширения грудной клетки.
Тайна древнего дыхания
Хотя биологам это известно давно, изучить реально работавший дыхательный аппарат ранних амниот было невозможно. Мягкие хрящи между ребрами бесследно исчезали за миллионы лет окаменения. Палеонтологи десятилетиями строили модели первых легких, опираясь лишь на фрагменты окостеневших ребер.
Карстовое чудо Ричардс-Спур
Драгоценные детали древней анатомии сохранились в карстовых пещерах Ричардс-Спур (штат Оклахома, США). Останки рептилии Captorhinus раннего пермского периода мумифицировались благодаря просачиванию подземных углеводородов, нефти. Природная химия выступила идеальным консервантом, остановив гниение тканей.
Нейтронный взгляд сквозь камень
Хрупкость мумии исключала механическое извлечение костей из породы. Авторы исследования просветили камень методом нейтронной компьютерной томографии. Нейтроны, в отличие от рентгена, четко фиксируют органические остатки сквозь минеральную матрицу. Далее биологи выполнили микросрезы тканей и создали их химическую карту, используя электронный микроскоп и синхротронную инфракрасную спектроскопию.
Дыхательный механизм мезозоя
На трехмерной модели ученые впервые увидели целый и неповрежденный дыхательный аппарат раннего амниота. Грудная клетка Captorhinus замыкалась на брюхе гибкой хрящевой структурой. Грудина рептилии не являлась монолитным щитом: она включала три подвижных сегмента с крепящимися гибкими хрящевыми ребрами. Эта шарнирная система позволяла животному эффективно расширять плевральную полость, втягивая большие объемы воздуха по принципу кузнечных мехов.
Органика, пережившая эпохи
Химический анализ спектрометрами выявил внутри кальцифицированных хрящей четкие амидные полосы — следы оригинальных белковых молекул животного. На теле рептилии сохранился трехмерный эпидермис с различимыми чешуйками. До этой находки считалось, что эндогенные белки распадаются за десятки миллионов лет, не переживая эпоху динозавров. Мумия из Оклахомы доказала: органика сохраняется даже в палеозойских окаменелостях.
Появление реберного дыхания кардинально изменило эволюционный путь позвоночных. Освободив мышцы головы от тяжелой работы по прокачке воздуха, животные получили возможность свободно менять форму черепа. Это позже привело к взрывному разнообразию челюстей и пищевых стратегий, позволив амниотам окончательно покорить сухопутные экосистемы.
Источник: naked-science.ru
