Исследование показывает, что «сэндвичная» структура колонн придает раковинам брахиопод прочность и гибкость

Исследователи пролили новый свет на эволюцию биоминерализованных столбчатых структур в раковинах небольших морских моллюсков — фосфатно-раковинных, или лингулиформных, брахиопод.

Исследование, опубликованное в качестве eLife Reviewed Preprint, основано на твердых доказательствах и вносит важный вклад в понимание роли и эволюции столбчатых раковин у брахиопод.

В кембрийский период, около полумиллиарда лет назад, произошел самый интенсивный всплеск эволюции жизни в истории Земли. В это время у некоторых морских видов развились биоминерализованные структуры раковин. Биоминерализация производит органическо-неорганические композитные скелеты (в данном случае раковины), которые играли жизненно важную роль для выживания этих ранних видов.

Одним из таких видов являются брахиоподы, имеющие твердые раковины на верхней и нижней поверхностях (брюшная и спинная створки). Лингулиформные брахиоподы представляют особый интерес из-за их легких раковин с уникальным сочетанием прочности и устойчивости к разрушению.

«Считается, что эти качества обеспечиваются расположением фосфата кальция с органической матрицей в виде стопок столбчатых единиц — «сэндвичей», что уникально для ранних лингулиформных брахиопод», — объясняет ведущий автор Чжилян Чжан.

Чтобы понять эволюцию и разнообразие биоминерализованных колонн, авторы изучили окаменелости некоторых из древнейших семейств лингулиформных брахиопод: Eoobolidae, Lingulellotretidae и Acrotretidae. Образцы были взяты из кембрийских отложений формации Шуйцзинтуо в Южном Китае.

Исследование раковин Eoobolidae (считающихся древнейшими известными лингулиформными брахиоподами) показало, что микроскопические колонны были уложены друг на друга, образуя вторичный слой раковины по «сэндвичной модели». Эта архитектура увеличивает прочность, гибкость и устойчивость раковины к трещинам за счет заполнения пространства между колоннами органическим материалом.

• У ранних Eoobolidae колонны были относительно малы, а вторичный слой слабо развит (2–3 «сэндвичных» единицы), что давало толщину раковины около 30 микрометров.
• У более поздних Eoobolidae количество единиц увеличилось до 10, а толщина — до ~50 мкм, но размер самих колонн не изменился.
• У Lingulellotretidae структура раковины была развитее: колонны крупнее, наблюдалось до 20 единиц, а толщина раковины составляла ~70 мкм. Это позволило им достичь вдвое большего размера тела, чем у Eoobolidae.
• Acrotretidae обладали самой сложной структурой: размер колонн (высота и диаметр) был примерно в 10 раз больше, чем у двух других семейств, с ~30 единицами и толщиной раковины более 300 мкм.

У Eoobolidae и Lingulellotretidae стопки колонн были более развиты в нижней (брюшной) створке. Это поднимало область тела, называемую псевдоинтерареей, создавая больше пространства для пищеварительной системы и обеспечивая ей защиту. У Acrotretidae это развитие было еще более выраженным, что, вероятно, увеличивало высоту и прочность брюшной створки.

Авторы отмечают ограничения, такие как неполная летопись ранних структур раковин и нерешенная загадка происхождения фосфатной биоминерализации у брахиопод. Требуются дальнейшие исследования ультраструктуры раковин лучше сохранившихся окаменелостей и более древних предковых групп.

«Наблюдаемая непрерывность столбчатой структуры раковины указывает на вероятное непрерывное эволюционное преобразование между Eoobolida, Lingulellotretidae и Acrotretidae», — заключает соавтор Чжифэй Чжан. — «Столбчатая раковина по «сэндвичной» модели, вероятно, сыграла значительную роль в эволюции лингулиформных брахиопод».