Скрытые истории жизни в ушах рыб: Окаменелые отолиты раскрывают паттерны роста

Окаменелые ушные камни рыб — отолиты — могут раскрывать гораздо больше, чем считалось ранее. В недавнем исследовании команда палеонтологов из Венского университета показала, что усовершенствованная методика электронной микроскопии позволяет визуализировать даже самые тонкие кольца роста. Эти микроскопические структуры могут отражать историю жизни рыбы с точностью до нескольких часов — важный прорыв для понимания роста рыб, биоминерализации и изменений окружающей среды на протяжении тысячелетий. Исследование опубликовано в Limnology and Oceanography: Methods.

Все рыбы имеют в своем внутреннем ухе крошечные минеральные структуры — отолиты.

«Эти структуры хранят всю историю жизни рыбы в виде колец роста — подобно годовым кольцам дерева. Они могут рассказать нам о возрасте, фазах роста и даже условиях окружающей среды», — объясняет ведущий автор Изабелла Леонхард из Департамента палеонтологии.

В современной морской биологии и исследованиях рыболовства отолиты уже давно являются важным инструментом для изучения роста, миграции и динамики популяций рыб. Однако в палеонтологии их часто упускали из виду.

«Это начинает меняться, — говорит Леонхард, — потому что новые технологии, от высокоразрешающей визуализации до химического анализа, позволяют применять биологические методы к окаменелостям возрастом в тысячи или даже миллионы лет». В результате отолиты привлекают все больше внимания в палеонтологическом сообществе и предлагают уникальные данные о древних популяциях рыб.

«Дневниковые записи» рыб

Особый интерес представляют сверхтонкие кольца роста в отолитах, которые можно читать как «дневниковые записи» рыб. В ископаемых образцах эти кольца ранее было трудно обнаружить — как из-за различной сохранности материала, так и потому, что традиционная световая и электронная микроскопия достигла своих пределов.

Леонхард и ее команда адаптировали хорошо зарекомендовавший себя метод из геологии для изучения этих паттернов роста: визуализацию обратно-рассеянных электронов (Backscatter Electron Imaging, BSE). Этот метод использует тот факт, что электроны по-разному отражаются различными структурами внутри материала, выявляя даже самые тонкие внутренние паттерны.

Настроив параметры визуализации, исследователи смогли визуализировать чрезвычайно тонкие полосатые кольца роста в ископаемых отолитах черной бычка (Gobius niger), найденных в северной части Адриатического моря и пролежавших на морском дне более 7600 лет. С помощью этого оптимизированного метода они обнаружили до на 275% больше колец роста, чем позволяют стандартные методы визуализации.

«С помощью электронного микроскопа мы смогли сделать видимыми даже самые маленькие приросты», — объясняет Леонхард. Обычно эти кольца формируются в суточном ритме. Кроме того, существуют микро-приросты, которые формируются независимо от суточного цикла — эти суб-суточные паттерны отражают кормление, движение, изменения окружающей среды или стрессоры, которым подвергалась рыба.

«Мы обнаружили чрезвычайно тонкие, равномерно расположенные структуры, которые появляются с гораздо более короткими интервалами, чем день. Их паттерн предполагает, что они также следуют биологическому ритму — но мы до сих пор не знаем точно, что их вызывает», — говорит палеонтолог и соавтор исследования Эмилия Яроховска из Утрехтского университета. «Для дальнейшего изучения потребуются контролируемые эксперименты по росту».

Использование ископаемых отолитов для понимания современных изменений

Этот оптимизированный метод BSE позволяет ученым сравнивать ископаемые и современные популяции рыб с беспрецедентной детализацией, обеспечивая более широкую временную шкалу для текущих изменений. «Во времена изменения климата и перелова рыбы крайне важно понимать, как популяции рыб развивались на протяжении длительных периодов», — подчеркивает Мартин Зушин, глава Департамента палеонтологии и соавтор исследования.

«Наши результаты показывают, что ископаемые отолиты обладают огромным неиспользованным потенциалом и могут помочь нам лучше понять изменения, которые мы наблюдаем сегодня».