Исследование эволюции древних морских организмов с помощью 3D-моделей и гидродинамического моделирования

Около 536 миллионов лет назад, в раннем кембрийском периоде, множество видов морских организмов миллиметрового размера процветали на континентальных шельфах по всему миру. Их окаменелости дают ключи к пониманию древних условий океана и эволюции животных.

Многие из этих крошечных окаменелостей — это сидячие медузозои, подгруппа типа Cnidaria, к которой сегодня относятся свободноплавающие медузы. Новое исследование Пин Лю и коллег впервые показывает, как форма экзоскелета древних микроскопических медузозоев могла взаимодействовать с потоком воды в их среде обитания на морском шельфе.

Исследователи собрали окаменелости двух видов — Hexaconularia sichuanensis и Quadrapyrgites quadratacris — из 535-миллионолетней формации Куанчуаньпу в южной провинции Шэньси в Китае. Веерообразная форма Hexaconularia демонстрирует бирадиальную симметрию, в то время как Quadrapyrgites — тетрарадиальную.

Учёные использовали данные микрокомпьютерной томографии окаменелостей для создания виртуальных 3D-моделей каждого вида, а затем применили вычислительную гидродинамику, чтобы смоделировать, как поток морской воды мог воздействовать на организмы при их жизни.

Результаты моделирования показали, что оба вида — и большинство других сидячих медузозоев миллиметрового размера того же периода — вероятно, обитали в вязком пограничном слое, менее турбулентном слое воды непосредственно над морским дном. Кроме того, бирадиальная форма Hexaconularia оказалась более структурно устойчивой в симуляциях, чем тетрарадиальная Quadrapyrgites. Это говорит о том, что Hexaconularia могла быть лучше приспособлена для выживания в условиях сильного течения на древнем морском шельфе.

Опубликованные в Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, эти выводы согласуются с палеонтологической летописью. Она свидетельствует, что тетрарадиальные, а также три-, пента- и гексарадиальные сидячие медузозои вымерли около 529 миллионов лет назад, в то время как Hexaconularia и другие бирадиальные медузозои выжили.

Это исследование знаменует собой первое применение вычислительной гидродинамики к раннекембрийским микроокаменелостям, обитавшим в вязком пограничном слое. Авторы предполагают, что будущие исследования могут добавить в подобные симуляции больше деталей, таких как шероховатость морского дна и присутствие соседних организмов, чтобы глубже изучить это древнее сообщество медузозоев.