Еволюцията на дишането: какво разкрива фосил на 289 милиона години

Фосилите сега се съхраняват в Кралския музей на Онтарио в Торонто

Откритието на фосил от Оклахома хвърля светлина върху критичен етап в еволюцията на дишането сред най-ранните сухоземни гръбначни. Малко, мумифицирано влечуго, починало преди около 289 милиона години, разкрива най-стария известен механизъм на дишане, използващ ребрата при амниотите – групата, която включва всички влечуги, птици, бозайници и техните общи предци.

Проучването, публикувано в списанието Nature, описва изключителното съхранение на най-ранната известна ребрична дихателна система в екземпляр от Captorhinus aguti, малко влечуго от ранния пермски период. Фосилът, дълъг само няколко сантиметра, съхранява не само кости, но и триизмерна кожа, калцифициран хрущял и протеинови остатъци, които предшестват всяка друга известна находка с почти 100 милиона години.

„Captorhinus е интересно влечуго, подобно на гущер, което е от решаващо значение за разбирането на ранната еволюция на амниотите“, каза Итън Муни, който съруководи изследването като студент в Университета в Торонто, в лабораторията на професор Робърт Р. Райз.

Муни, който сега е докторант в Катедрата по организмична и еволюционна биология в Харвардския университет, работи с палеонтолога професор Стефани Пиърс, продължавайки изследванията си върху ранните влечуги.

Видовете Captorhinus, с размери от няколко сантиметра до няколко фута, са били сред първите влечуги, които са се опитали да живеят на сушата. Те бяха открити в пещерите Ричардс Спър в Оклахома, място, изключително богато на фосили от късната палеозойска ера, известно с разнообразието си от сухоземни гръбначни, пише To Vima.

Уникалните условия на мястото – въглеводороди от нефтени извори и безкислородна кал – позволиха запазването не само на костите, но и на кожата и хрущялите, създавайки триизмерно фосили в поза на смърт, с преден крайник, сгънат под тялото.

Използвайки неутронна компютърна томография (nCT)

в специализирана лаборатория в Австралия, изследователите успяха да изследват фосила, без да го унищожат. „Започнах да виждам структури, обвиващи костите… имаше красива кожна обвивка около торса, с текстура, наподобяваща акордеон“, отбеляза Муни. Моделът приличаше на люспите на съвременните сцинкове – малки влечуги, които живеят под земята.

Екипът изследва три екземпляра Captorhinus от Ричардс Спър и идентифицира хрущялно гръдно кост, реберни хрущяли и връзки към раменния пояс. За първи път беше възможно да се реконструира пълният дихателен механизъм на ранно амниотично животно.

Преди появата на тази система земноводните дишаха през кожата си и чрез букална и гърлова помпа – метод, недостатъчен за по-активен начин на живот. Дишането чрез свиване на ребрата, разширяване и свиване на гръдния кош с помощта на междуребрените мускули, беше ключово еволюционно развитие, позволяващо по-голям приток на кислород и изхвърляне на въглероден диоксид.

Използването на гръдните мускули беше определяща иновация за завладяването на сушата от най-ранните предци на съвременните влечуги и бозайници. „Това беше повратна точка, която позволи на тези животни да възприемат много по-активен начин на живот“, отбеляза Муни.

Още по-впечатляващо беше откритието на протеинови остатъци в кости, хрущяли и кожа, открити чрез синхротронна инфрачервена спектроскопия. Тези органични молекули са най-старите, откривани някога във фосили от палеозойската ера, като предшестват предишната най-стара известна проба с почти 100 милиона години.

„Откритието на протеинови остатъци е изключително и драстично разширява границите на нашето разбиране за съхранението на меките тъкани във фосилите“, подчерта Муни.

Фосилите сега се съхраняват в Кралския музей на Онтарио в Торонто, където са достъпни за бъдещи изследвания. Муни продължава да работи в Харвард, за да изследва еволюционните тайни на ранните влечуги, допринасяйки за нашето разбиране за това как тези древни организми са оформили света, който познаваме днес.