Рис. 1. Разные типы окаменелостей, фотографии из различных источников
В недавней статье американские палеонтологи сообщили о находке ископаемого панциря краба с сохранившимися внутри минерализованными мягкими тканями, что является большой редкостью. Панцирь был найден в известняках, сформировавшихся в зоне холодного просачивания метана на дне древнего Западного внутреннего моря около 75 млн лет назад (меловой период). Именно благодаря специфическим условиям захоронения до нас смогли дойти внутренние структуры этого вымершего ракообразного.
Ископаемые остатки древних организмов — фоссилии — представляют для ученых некое подобие букв, с помощью которых можно читать палеонтологическую и геологическую «летописи». Существуют различные типы сохранности ископаемых: ядра и отпечатки, псевдоморфозы, субфоссилии, инклюзы, следы жизнедеятельности (см. Ихнофоссилии: окаменевшие следы) и т. д. Как правило, в ископаемом состоянии встречаются остатки твердых покровов организмов, например — кости, панцири, раковины, зубы. Тем не менее, за редким исключением, можно обнаружить замещенные различными минералами мягкие ткани. Такие окаменелости очень информативные, поскольку могут рассказать о внутреннем строении древних организмов.
Местонахождения с подобными ископаемыми называются лагерштеттами консервационного типа (от немецкого слова Lagerstätte). Как правило, фоссилизация мягких тканей в таких местонахождениях обусловлена тем, что организм после смерти захоранивался в осадке, накапливающимся в безкислородной или гиперсоленной среде, лишенной бактерий, где практически не происходило разложение, а насыщенный минеральными соединениями раствор помогал заместить тончайшие органические структуры.
Сейчас палеонтологам известно немало лагерштеттов различного геологического возраста (достаточно полный список можно посмотреть здесь). Например, знаменитые кембрийские сланцы Берджес в Скалистых горах, подарившие миру важные сведения о Кембрийском взрыве, Золенгофенские сланцы в Баварии, откуда происходит известный многим со школьной скамьи археоптерикс, а также разнообразный комплекс как летающих, так и водных животных. Каждая окаменелость из таких лагерштеттов значительно расширяют наши сведения о группах древних организмов, дает много информации об их внешнем облике, внутреннем строении, способах питания, передвижения, размножения и прочего.
Например, недавно из китайского лагерштетта Гуаньшань была описана находка трилобита с отпечатками пищеварительной системы (M. Hopkins et al., 2017. The oldest known digestive system consisting of both paired digestive glands and a crop from exceptionally preserved trilobites of the Guanshan Biota (Early Cambrian, China)). Благодаря специфическим условиям захоронения в геологической летописи может сохраниться фоссилизированная шкура позвоночных, к примеру такие находки известны у динозавров (см. Шкура съеденного эдмонтозавра мумифицировалась прежде чем окаменеть, «Элементы», 17.10.2022, и Шкура карнотавра описана до мельчайших складок, «Элементы», 17.09.2021). В редчайших случаях встречаются даже фоссилизированные мозги! (В черепе рыбы каменноугольного периода сохранился ее окаменелый мозг, «Элементы», 15.02.2023). О том, как, почему и при каких условиях происходит фоссилизация мягких тканей, можно прочитать в новости Фоссилизации мягкотелых организмов способствуют молекулы межклеточной адгезии («Элементы», 21.12.2020).
Рис. 2. Отпечатки ископаемых панартропод из кембрийского лагерштетта сланцы Берджес сохранили мельчайшие структуры не только твердых покровов, но и мягких частей тела. Рисунок из статьи A. Daley et al., 2018. Early fossil record of Euarthropoda and the Cambrian Explosion
Благодаря специфическим условиям в геологическую летопись иногда попадают мягкие ткани совершенно различных групп организмов. Находки таковых для некоторых групп сравнительно часты, для других — большая редкость. В недавней статье, опубликованной в журнале Palaeontologia Electronica, палеонтолог Адиэль Кломпмакер (Adiël Klompmaker) из Музея естественной истории университета Алабамы и его коллеги рассказывают о любопытной находке мягких тканей мелового краба, обнаруженного на «Диком Западе» — в Южной Дакоте.
Мир «Дикого Запада» 75 миллионов лет назад был совершенно иным! Там не было ни индейцев, ни салунов, ни прерий: в конце мелового периода на этой территории плескались воды Западного внутреннего моря. Вытянутая с севера на юг акватория этого моря граничила на севере с Арктическим океаном, на юге — с Мексиканским заливом, а на востоке оно соединялось с Гудзоновым морем. Западное внутреннее море разделяло будущий континент Северной Америки на Ларамидию на западе и Аппалачию с Лаврентией-Гренландией на востоке. Этот морской бассейн был достаточно мелководным: максимальная глубина в его центральной части, по различным оценкам, достигала всего лишь от 150 до 300 м (B. Sageman, M. Arthur, 1994. Early Turonian Paleogeographic/Paleobathymetric Map, Western Interior, U. S.).
Рис. 3. Палеогеографическая карта Северной Америки в позднем мелу (кампанский век, 83,6–72,1 млн лет назад). Красная точка — местообитание краба из обсуждаемой статьи. По данным проекта Deep Time Maps
На обширных территориях Ларамидии, Аппалачии и Лаврентии в конце мелового периода росли пышные леса и бродили гиганты мезозоя — динозавры, а воды Западного внутреннего моря кишели разнообразной жизнью. Особенно были разнообразны беспозвоночные: на дне обитали мшанки, губки и кораллы, многочисленные двустворчатые и брюхоногие моллюски, брахиоподы, ракообразные, морские ежи и морские лилии, в толще воды плавали головоногие моллюски — белемниты, наутилиды и аммониты (среди которых были различные гетероморфные виды, см. Гетероморфные аммониты).
Эти беспозвоночные служили пищей для многочленных хрящевых, например, акул и птиходусов, а также различных костистых рыб, представленных, к примеру, крупными, до шести метров, ксифактинами. Морские рептилии были представлены плезиозавридами (в том числе плиозавридами и эласмозавридами), мозазаврами, морскими крокодилами и черепахами, такими как гигант архелон. В отложениях этого морского бассейна были обнаружены остатки древнейших известных для Северной Америки птиц, относящихся к гесперорнисообразным, ихтиорнисообразным и, возможно, энанциорнисообразным. Об этих и других обитателях Западного внутреннего моря не так давно вышла интересная научно-популярная книга (увы, на английском) Oceans of Kansas, Second Edition: A Natural History of the Western Interior Sea.
Рис. 4. «Мир Дикого Запада» 75 млн лет назад: жизнь Западного внутреннего моря. Рисунок с сайта nps.gov
Любопытно, что в некоторых местах на дне Западного внутреннего моря были распространены области холодного просачивания или сипы, откуда восходят вертикальные потоки холодной воды, часто богатой метаном. Сипы — холодноводная версия гидротермальных источников, таких как черные курильщики, из которых выходит богатая минеральными соединениями горячая вода. Как и гидротермальные источники, сипы связаны с оазисами жизни, а также со скоплениями отложений, сформированных из минеральных соединений из выходящей воды. Но если черные курильщики образуют сульфидные постройки, то сипы — карбонатные. Подробное объяснение, что такое области холодного просачивания и почему вокруг них развиваются богатые хемосинтетические сообщества специализированных организмов, можно найти в статье Cold-seep carbonates.
Рис. 5. Современные сипы: пузырьки метана вырываются из карбонатной постройки на морском дне у берегов Вирджинии. Здесь обитают черви, анемоны и бактериальные маты. Фото с сайта commons.wikimedia.org
Следы карбонатных построек древних сипов известны во многих отложениях по всему миру: например, такие образования встречаются в юрских отложениях острова Шпицберген и часто содержат разнообразную ископаемую фауну.
Рис. 6. Карбонатные постройки древнего сипа в верхнеюрских отложениях Шпицбергена, гора Миклегардфьеллет (Myklegardfjellet). Фото © Михаил Рогов, 2007 год
Подобные «сиповые» известняки обнажаются во многих местах бывшего дна Западного внутреннего моря: в Монтане, Вайоминге, Южной Дакоте, Небраске, Колорадо и Канзасе и в последнее десятилетие привлекли повышенное внимание палеонтологов и геологов, отметивших богатый комплекс ископаемых в этих отложениях (N. Landman et al., 2022. Methane Seeps in the Late Cretaceous Western Interior Seaway, USA). Такие древние известняковые постройки различаются по размеру и форме, а также могут образовывать насыпи. Но самое интересное, что окаменелости в этих известняках встречаются в более высокой концентрации, чем в прилегающих одновозрастных отложениях иной литологии.
В таких метаногенных известняках позднемелового возраста, обнажающихся на восточной окраине холмов Блэк-Хиллз в округе Пеннингтон (Южная Дакота), палеонтологом и соавтором исследования Джейми Брезина (Jamie Brezina) был обнаружен окаменелый карапакс краба, о котором пойдет речь.
Рис. 7. Метаногенные известняки, сформированные древними сипами на дне Западного внутреннего моря. Местонахождение верхнемеловых окаменелостей в холмах Блэк-Хиллз (Южная Дакота, США). Фото © Адиэль Кломпмакер
Этот с виду совершенно невзрачный экземпляр, по которому даже вид определить невозможно, привлек внимание палеонтологов одной интересной деталью — в левой нижней части панциря виднелись нетипичные для панциря структуры, представляющие собой минерализованные жабры!
Рис. 8. Окаменелый карапакс краба Secretanella sp. из метаногенных известняков Блэк-Хиллз. На изображении B видны минерализованные жабры. Фото из обсуждаемой статьи
Адиэль Кломпмакер так вспоминает свою «встречу» с этим меловым крабом: «Я не мог поверить своим глазам, когда впервые увидел эту находку. Я взял ручную лупу, чтобы проверить, и действительно, через сломанный панцирь краба были видны минерализованные жабры. Пару лет назад я просматривал статью об ископаемых жабрах краба, поэтому сразу их узнал».
Стоит отметить, что палеонтологи и ранее описывали отпечатки мягких тканей у крабов: до обсуждаемой публикации было известно лишь о семи находках отпечатков жабр у ракообразных, четыре из которых принадлежали древним крабам.
После обнаружения окаменелых жабр соавтор исследования Питер Клёс (Peter Kloess) изучил находку на микротомографе. Передовые технологии активно используются в науке, в том числе и в палеонтологии. Рентгеновская компьютерная микротомография позволяет уточнить детали строения ископаемых, скрытые от наблюдателя. Раньше, чтобы заглянуть внутрь окаменелости, ученые делали пришлифовки, уничтожая при этом объект изучения. Каждую пришлифовку фотографировали или зарисовывали, а затем реконструировали внутренние структуры. Теперь уничтожать окаменелость не нужно — без вреда для ценной находки ее внутреннее строение покажет микротомограф (хороший рассказ об этом можно найти здесь).
Рис. 9. Результаты микротомографии краба Secretanella sp. Внешняя поверхность краба полупрозрачна, чтобы показать положение сохранившихся внутренних структур, обнаруженных при сканировании. Синим цветом показан сердечный желудок (передний и более крупный отдел желудка); желтым — пищевод; красным — аподемы (внутренние выросты, служащие для прикрепления мышц) и мандибулы; пурпурно-розовым — возможно, передние мышцы желудка. Изображение из обсуждаемой статьи
У изученного краба сохранились четыре листовидные жабры и левая жаберная камера, заметные из-за сломанной кутикулы панциря. Микротомография позволила выявить более подробную информацию о его внутренней анатомии: ученые обнаружили пищевод, сердечный желудок и, возможно, передние желудочные мышцы, а также мандибулы и аподемы. Пищевод впервые описан у ископаемых десятиногих ракообразных. Авторы исследования отметили, что новый обзор мягких тканей, сохранившихся у ископаемых десятиногих, показывает, что, помимо отпечатков мышц, чаще всего встречаются минерализованные жабры и остатки пищеварительного тракта. Несмотря на некоторое увеличение количества сообщений об ископаемых десятиногих с сохранившимися мягкими тканями за последнее десятилетие, подобные находки пока остаются редким и уникальным явлением.
Рис. 10. Трехмерная модель краба, полученная в результате микротомографии краба Secretanella sp. Синим цветом показан сердечный желудок; желтым — пищевод; красным — аподемы и мандибулы. Изображение из обсуждаемой статьи
Причина сохранения этих мягких тканей краба может отличаться от классической в лагерштеттах из-за вероятной связи образования карбоната с просачиванием метана. Вполне вероятно, что краб не жил исключительно в области сипа, а утечка метана, приведшая к повышенному уровню ядовитого сероводорода, могла быть причиной смерти краба.
Эксперименты показали, что мягкие ткани десятиногих ракообразных разлагаются относительно быстро (A. Klompmaker et al. 2017. Comparative experimental taphonomy of eight marine arthropods indicates distinct differences in preservation potential), и, следовательно, для фоссилизации мягких тканей требуется процесс консервации. На участке дна, ставшем последним пристанищем краба, могло происходить микробиологическое осаждение карбонатов и восстановление сульфатов. Микробный метаногенез и сульфатредукция связаны с выпадением карбонатных осадков. Сочетание таких особых физико-химических условий и микробной активности представляется весьма благоприятным для быстрой минерализации мягких тканей, считают исследователи.
Рис. 11. Стадии разложения некоторых ракообразных в течение 100 дней. Рост водорослей изменил цвет дна аквариума, а черные водоросли окружили и подняли некоторые экземпляры. Длина масштабных отрезков — 10 мм. Рисунок из статьи A. Klompmaker et al. 2017. Comparative experimental taphonomy of eight marine arthropods indicates distinct differences in preservation potential
Быстрая минерализация мышечных мягких тканей морского ежа за счет осаждения аморфного карбоната кальция была экспериментально показана в условиях просачивания рассола, чему также, как предполагается, способствовали сульфатредуцирующие бактерии (B. Deline, K. Parsons-Hubbard. 2013. Experimentally observed soft-tissue preservation near a marine brine seep).
Окаменелый краб из Южной Дакоты уникален тем, что впервые у ископаемого десятиногого ракообразного обнаружен пищевод, и это первая фоссилия ракообразного с сохранившимися мягкими тканями, обнаруженная в отложениях древнего источника метана. «Когда мы искали в литературе упоминания о сохранившихся фоссилизированных мягких тканях животных, обитавших в древних сипах, то не нашли совершенно ничего. Теперь, когда мы знаем, что мягкие ткани могут сохраняться в такой среде, мы ожидаем найти больше окаменелостей с минерализованными мягкими тканями» — отметил Кломпмакер. Очевидно, что известняки древних сипов, особенного метаногенные, после этой находки требуют более детального изучения.
Источник: Adiël A. Klompmaker, Peter A. Kloess, Clément Jauvion, Jamie Brezina, and Neil H. Landman. Internal anatomy of a brachyuran crab from a Late Cretaceous methane seep and an overview of internal soft tissues in fossil decapod crustaceans // Palaeontologia Electronica. 2023. DOI: 10.26879/1277.
Эдуард Мычко
Автор признателен Адиэлю Кломпмакеру (Университет Алабамы, США) и Михаилу Рогову (ГИН РАН, Москва) за предоставленные дополнительные материалы.
Источник: https://elementy.ru/