Мумія рептилії віком 289 мільйонів років розкрила таємницю походження дихальної системи людини

• Вчені дослідили скам'янілість Captorhinus aguti, яка допомогла зрозуміти походження дихальної системи з реберним диханням, що є предковою формою для сучасних рептилій, птахів і ссавців.
• Використовуючи сучасні технології, зокрема нейтронну комп'ютерну томографію, дослідники виявили залишки м'яких тканин і білків, що є найдавнішими з відомих у викопних рештках, змінюючи уявлення про збереження м'яких тканин у викопному стані.

У США вчені дослідили унікальну скам'янілість маленької давньої рептилії віком 289 мільйонів років. Саме вона допомогла встановити, коли у предків сучасних ссавців, птахів і рептилій з'явилася система дихання, схожа на людську – за допомогою ребер і грудної клітки.

Крихітна рептилія Captorhinus aguti, яка жила ще в ранньому пермському періоді, стала справжньою сенсацією для палеонтологів. Хоча зовні вона нагадувала невелику ящірку, саме цей вид допоміг ученим зрозуміти, коли в амніотів – групи, до якої належать сучасні рептилії, птахи, ссавці та їхні спільні предки – сформувалася система дихання, яка використовується й сьогодні, пише SciTechDaily.

Дивіться також Скам'янілі рештки давніх родичів крокодила показують, що вони ходили на двох ногах

Як давня рептилія змінила уявлення про еволюцію дихання?

Дослідження опублікували в журналі Nature. Науковці з'ясували, що ця рептилія мала найдавніший відомий приклад так званого реберного дихання – механізму, коли міжреберні м'язи розширюють грудну клітку, дозволяючи легеням наповнюватися повітрям.

Ілюстрована схема скелета у повний зріз у лівому боковому ракурсі / Фото Nature

Автор дослідження, Ітан Муні, пояснив, що Captorhinus був надзвичайно важливим для розуміння ранньої еволюції амніотів. За його словами, ці невеликі рептилії були одними з перших хребетних, які змогли повноцінно освоїти життя на суші.

Скам'янілість знайшли поблизу Річардс-Спур в американському штаті Оклахома. Це місце давно відоме винятковою збереженістю викопних решток пізнього палеозою. Саме тут знаходять одне з найбагатших зібрань наземних хребетних того часу.

Особливі умови – нафтові вуглеводні та безкисневий мул – дозволили зберегти не лише кістки, а й м'які тканини: шкіру, хрящі та навіть залишки білків. У результаті скам'янілість виглядає майже як мумія – тривимірне тіло, що збереглося в останній позі, з підігнутою під тулуб лапою.

Для вивчення зразка вчені використали нейтронну комп'ютерну томографію в спеціалізованому центрі в Австралії. Такий метод дозволив побачити внутрішні структури без пошкодження викопної знахідки.

На зображенні нижче видно скелет і хрящі, включно з грудиною та грудними ребрами (стрілка вказує на місце, де мала б бути голова).

а) фото зразка; б) цифрове зображення, отримане за допомогою технології nCT / Фото Nature

Під час аналізу дослідники помітили тонкі текстуровані структури навколо кісток. Виявилося, що це залишки шкіри, яка збереглася навколо тулуба. Луска мала характерну складчасту, "гармошкоподібну" текстуру з концентричними смугами від тулуба до шиї. Вона нагадує шкіру сучасних червоподібних ящірок.

Що нового про дихання дізналися науковці?

Головне відкриття стосувалося не шкіри, а саме дихальної системи. Вивчивши три екземпляри Captorhinus із цього регіону, науковці змогли відтворити будову грудної клітки. Один із зразків зберіг сегментовану хрящову грудину, грудні ребра, проміжні ребра та з'єднання між ребрами і плечовим поясом.

Це дозволило вперше повністю реконструювати систему дихання раннього амніота. Йдеться про costal aspiration breathing – реберне дихання, коли розширення та стиснення грудної клітки забезпечують надходження повітря до легень.

До появи такого механізму амфібії використовували інший спосіб: частково дихали через шкіру, а також прокачували повітря ротом і горлом. Така система працює й сьогодні у багатьох земноводних, але вона суттєво обмежує фізичну активність.

Реберне дихання стало справжнім проривом, адже дозволило отримувати більше кисню та ефективніше виводити вуглекислий газ. Це зробило ранніх амніотів значно активнішими та краще пристосованими до життя на суші.

Роберт Райз зазначив, що система, виявлена у Captorhinus, імовірно є предковою формою того типу дихання, який сьогодні мають рептилії, птахи та ссавці, включно з людиною.

Більше цікавих знахідок

Ще одне не менш важливе відкриття стосувалося молекулярних залишків. За допомогою синхротронної інфрачервоної спектроскопії дослідники виявили сліди оригінальних білків у кістках, хрящах і шкірі.

Ці білкові залишки виявилися найдавнішими з усіх, які коли-небудь знаходили у викопних рештках. Вони приблизно на 100 мільйонів років старші за попередні подібні знахідки, відомі з динозаврових скам'янілостей.

Ітан Муні наголосив, що це відкриття суттєво змінює уявлення науки про межі збереження м'яких тканин у викопному стані.

Зараз ці зразки зберігаються в Royal Ontario Museum у Торонто, де їх і надалі досліджують. Вчені сподіваються, що ця знахідка допоможе ще глибше зрозуміти, як ранні хребетні освоювали сушу та які еволюційні зміни дозволили їм стати предками сучасних наземних тварин.