Создание «синтетических» окаменелостей в лаборатории проливает свет на процессы фоссилизации

Новый экспериментальный протокол, разработанный с участием учёных Бристольского университета, может изменить подход к изучению фоссилизации.

Помимо непосредственного изучения самих окаменелостей, для исследования фоссилизации можно использовать экспериментальную обработку свежих остатков организмов.

Один из распространённых экспериментальных подходов — «искусственное созревание» (artificial maturation), при котором высокие температура и давление ускоряют химические реакции деградации, которые в природе происходят миллионы лет, когда окаменелость погребена глубоко под землёй и подвергается геотермальному нагреву и давлению вышележащих осадков.

Метод созревания давно используется органическими геохимиками для изучения образования ископаемого топлива и в некоторой степени схож с более интенсивными экспериментальными условиями, при которых получают синтетические алмазы.

В последнее время созревание применяют для изучения образования исключительных по сохранности окаменелостей, где мягкие ткани сохраняются в виде тёмных органических плёнок наряду с минерализованными тканями, такими как кость. К ним относятся, например, ископаемые динозавры из Китая с органически сохранившимися перьями.

Однако возможности оборудования для созревания часто ограничены использованием небольших герметичных камер. Они удерживают не только высокостабильные органические молекулы, интересные палеонтологам и геохимикам, но и продукты распада менее стабильных молекул, которые с меньшей вероятностью сохраняются в окаменелостях. Это осложняет прямое сравнение экспериментов с реальными ископаемыми образцами.

Например, когда Эван Сайтта (недавно защитивший докторскую диссертацию в Школе наук о Земле Бристольского университета, а ныне постдок в Филдовском музее естественной истории в Чикаго) проводил такие традиционные эксперименты по созреванию на перьях во время своей магистратуры (также в Бристоле), результатом была дурно пахнущая жидкость.

Якоб Винтер, старший преподаватель Школы наук о Земле и Школы биологических наук Бристольского университета, а также научный руководитель Сайтты в магистратуре и аспирантуре, добавил: «Мы начинаем понимать, что окаменелости — это не просто результат скорости разложения, а скорее молекулярный состав различных тканей. Однако сделать концептуальный скачок от понимания химической стабильности к пониманию того, как ткани и органы могут или не могут сохраниться, крайне сложно».

Сайтта сказал: «К концу магистратуры я стал немного амбициознее. Если созревание известно как полезная симуляция процессов фоссилизации, подумал я, то проведение таких экспериментов на образцах, уплотнённых в осадке, может дать «синтетические» окаменелости. Окаменелости формируются в осадочных породах, которые могут быть пористыми и позволять летучим продуктам деградации улетучиваться».

Затем Сайтта объединился с Томом Кейем из Фонда научного прогресса, который предоставил необходимый инженерный опыт для реализации идеи.

Кей сказал: «Моя лаборатория постоянно работает с устройствами высокого давления. У нас была возможность сжимать матрицу вокруг образцов, что стало переломным моментом, симулирующим захоронение. Наш следующий шаг — расширить систему для работы с крупными образцами».

Как описывают исследователи в своей новой статье, опубликованной на этой неделе в журнале Palaeontology, результаты оправдали ожидания.

Сайтта пояснил: «Осадок действует как фильтр, позволяя нестабильным молекулам покинуть образец, обнажая побуревшие, сплющенные кости, окружённые тёмными органическими плёнками на месте бывших мягких тканей. Эти результаты очень близко напоминают исключительные по сохранности окаменелости, не только визуально, но и микроскопически, как показало сканирующее электронно-микроскопическое исследование».

Микроскопические структуры, содержащие пигмент, — меланосомы — сохраняются внутри органических плёнок в перьях и ящерицах, обработанных новым методом, в то время как нестабильные белковые и жировые ткани деградируют и теряются, как и в исключительных окаменелостях, которые использовали такие учёные, как Винтер, для реконструкции исходной окраски динозавров.

Предварительные тесты на листьях и жуках также обнадёживающе сравнимы с их ископаемыми аналогами, а древесная смола может даже отвердевать, напоминая ископаемый копал или янтарь.

Исследователи заявляют, что новый метод осадочной фильтрации представляет собой улучшение по сравнению с более ранними экспериментами по созреванию и позволит проверить множество гипотез, касающихся органической сохранности в окаменелостях и осадках.

Будущие дополнения к протоколу будут включать другие аспекты фоссилизации помимо симуляции тепла и давления глубокого захоронения.