Сложные узоры в раковинах аммонитов могли помогать контролировать плавучесть
Аммониты, предки современных осьминогов, кальмаров и каракатиц, населяли океаны около 340 миллионов лет. Изучая их окаменелые раковины, можно заметить, как со временем волнистые линии внутри раковины становились всё сложнее, превращаясь в извилистые узоры, похожие на края листьев капусты.
Эти линии называются сутурами. Они отражают сложность краёв септ — стенок, разделявших камеры в раковинах аммонитов. Ранее учёные в основном изучали роль сложных септ в сопротивлении давлению. Однако исследователи из Университета Юты представили доказательства альтернативной гипотезы: сложные сутуры удерживали больше жидкости за счёт поверхностного натяжения, что, возможно, помогало аммонитам точнее регулировать свою плавучесть. Результаты опубликованы в Scientific Reports.
Рост сложности
Чтобы понять принцип работы раковин, можно взглянуть на дальнего живого родственника аммонитов — наутилуса. Его раковина разделена на камеры септами. Сутуры — это линии пересечения септ с внутренней стенкой раковины.
- У ранних предков аммонитов сутуры были почти прямыми.
- Со временем они эволюционировали в сложные, фракталоподобные структуры.
- У некоторых видов сложность сутур была такова, что почти не оставалось свободного пространства в месте соединения септы со стенкой.
Если сложные септы развились в ходе эволюции, они должны были давать преимущество для выживания. Альтернативная гипотезе о прочности предполагает, что замысловатая поверхность септ могла изменять поверхностное натяжение, позволяя удерживать больше воды. Это важно для механизма контроля плавучести — при росте, изменении веса и, возможно, для вертикального перемещения в толще воды.
3D-печать прошлого
Поскольку живых аммонитов не существует, а их окаменелые камеры заполнены породой, исследователи во главе с Дэвидом Петерманом и Кэтлин Риттербуш использовали 3D-печать моделей.
- С помощью виртуального моделирования были созданы примеры септальных поверхностей разного размера и сложности.
- Модели включали как реальные, так и гипотетические формы. Например, сутуру одного из самых сложных видов, Menuites oralensis, итеративно сглаживали, чтобы изучить влияние сложности при постоянном объёме камеры и форме раковины.
- Модели покрыли микродисперсным окисленным целлюлозным покрытием (аналогичным покрытию раковин наутилуса) для улучшения смачивания.
Эксперимент был прост: взвесить сухую модель, погрузить в воду, дать стечь воде, удерживаемой силой тяжести, и снова взвесить, чтобы определить массу воды, удержанной поверхностным натяжением.
Результаты и значение
Результаты чётко показали: более сложные структуры удерживали больше воды. Особенно эффективными сложные складки были в крупных моделях.
Это позволяет предположить, что сложные поверхности септ могли способствовать:
- Более точному и активному контролю плавучести.
- Улучшенному балансу.
- Увеличению размера.
- Формам раковин, благоприятствующим скорости.
Аммониты достигли пика сложности сутур прямо перед своим вымиранием в конце мелового периода. Выжили только наутилусы с простыми сутурами, но на это, вероятно, повлияли и другие факторы.
Исследование закладывает основу для дальнейшего изучения этой физиологической функции и её связи с экологией аммонитов. Развитие компьютерного моделирования и «умных» материалов в будущем позволит «воскресить» этих загадочных существ в виде функционирующих моделей.