Трилобиты дышали ногами: открытие возрастом 450 миллионов лет
Новое исследование обнаружило первые свидетельства наличия сложных дыхательных органов у морских существ возрастом 450 миллионов лет. Вопреки прежним представлениям, трилобиты были «ногодышащими»: структуры, похожие на жабры, свисали с их бедер.
Трилобиты, группа морских животных с полулунными головами, напоминавшими мечехвостов, были чрезвычайно успешны в эволюционном плане. Хотя они сейчас вымерли, они просуществовали более 250 миллионов лет — дольше, чем динозавры.
Благодаря новым технологиям и чрезвычайно редкой коллекции окаменелостей ученые из Калифорнийского университета в Риверсайде смогли показать, что трилобиты дышали кислородом, и объяснить, как они это делали. Результаты, опубликованные в журнале Science Advances, помогают собрать воедино пазл ранней эволюции животных.
«До сих пор ученые сравнивали верхнюю ветвь ноги трилобита с недыхательной верхней ветвью у ракообразных, но наша работа впервые показывает, что верхняя ветвь функционировала как жабры», — заявил Цзинь-Бо Хоу, аспирант-палеонтолог, руководивший исследованием.
Эта работа, изучающая одних из древнейших животных на Земле, помогает более надежно разместить трилобитов на эволюционном древе между более древними членистоногими и ракообразными.
Исследование стало возможным отчасти благодаря необычно сохранившимся образцам окаменелостей. Из более чем 22 000 обнаруженных видов трилобитов мягкие части тела видны лишь у двух-трех десятков.
«Они сохранились в пирите — „золоте дураков“, — но для нас он важнее золота, поскольку является ключом к пониманию этих древних структур», — отметил профессор геологии Найджел Хьюз, соавтор статьи.
КТ-сканер смог считать разницу в плотности между пиритом и окружающей породой и помог создать трехмерные модели этих редко видимых жаберных структур.
«Это позволило нам увидеть окаменелость, не прибегая к сверлению и шлифовке породы, покрывающей образец», — сказала палеонтолог Мелани Хопкинс, член исследовательской группы Американского музея естественной истории.
«Таким образом мы получили обзор, который было бы трудно разглядеть даже под микроскопом — действительно мелкие анатомические структуры трилобитов размером порядка 10–30 микрон», — добавила она. Для сравнения: толщина человеческого волоса составляет примерно 100 микрон.
Хотя эти образцы были впервые описаны в конце 1800-х годов, а КТ-сканирование для их изучения применялось и ранее, это первое исследование, использовавшее данную технологию для изучения именно этой части животного.
Исследователи смогли увидеть, как кровь фильтровалась через камеры в этих хрупких структурах, захватывая кислород по пути. Они выглядят почти так же, как жабры у современных морских членистоногих, например крабов и омаров.
Сравнение пиритовых образцов с другим видом трилобитов дало команде дополнительные детали о том, как нитевидные структуры (филаменты) были расположены относительно друг друга и относительно ног.
Большинство трилобитов были падальщиками, использовавшими шипы на нижних частях ног для ловли и измельчения добычи. Над этими частями, на верхней ветви конечностей, находились дополнительные структуры, которые, как некоторые полагали, помогали плавать или закапываться.
«В прошлом велись споры о назначении этих структур, потому что верхняя часть ноги — не самое лучшее место для дыхательного аппарата, — отметила Хопкинс. — Можно было бы ожидать, что эти филаменты легко засоряются осадком в таком расположении. Открытым остается вопрос, почему эта структура эволюционировала именно в этом месте их тел».
Лаборатория Хьюза использует окаменелости, чтобы ответить на вопросы о том, как жизнь развивалась в ответ на изменения в атмосфере Земли. Примерно 540 миллионов лет назад произошел взрывной рост разнообразия и сложности животных, живших в океанах.
«Теоретически мы знали, что эти изменения должны быть связаны с ростом уровня кислорода, поскольку эти животные нуждаются в его присутствии. Но у нас было очень мало возможностей это измерить, — сказал Хьюз. — Что делает подобные открытия еще более захватывающими».