Новое исследование обнаружило первые свидетельства наличия сложных органов дыхания у морских существ возрастом 450 миллионов лет. Вопреки предыдущему мнению, трилобиты дышали ногами, а структуры, напоминающие жабры, свисали с их бедер.
Трилобиты представляли собой группу морских животных с головами в форме полумесяца, которые напоминали подковообразных крабов, и они были чрезвычайно успешными с точки зрения эволюции. Хотя сейчас они вымерли, они прожили более 250 миллионов лет - дольше, чем динозавры.
Благодаря новым технологиям и чрезвычайно редкому набору окаменелостей ученые из Калифорнийского университета в Риверсайде теперь могут показать, что трилобиты дышат кислородом, и объяснить, как они это делают. Эти результаты, опубликованные в журнале Science Advances, помогают собрать воедино загадку ранней эволюции животных.
"До сих пор ученые сравнивали верхнюю ветвь ноги трилобитов с недыхательной верхней ветвью у ракообразных, но наша статья впервые показывает, что верхняя ветвь функционировала как жабра", сказал Джин-Бо Хоу, докторант палеонтологии UCR, который руководил исследованием.
Среди древнейших животных на Земле эта работа помогает более надежно разместить трилобитов на эволюционном древе между старыми членистоногими, большой группой животных с экзоскелетом и ракообразными.
Исследование стало возможным отчасти из-за необычно сохранившихся ископаемых образцов. Было обнаружено более 22 000 видов трилобитов, но мягкие части животных видны только у двух десятков.
«Они сохранились в пирите - золоте дураков, - но для нас это важнее золота, потому что это ключ к пониманию этих древних структур», - сказал профессор геологии UCR и соавтор статьи Найджел Хьюз.
Компьютерный томограф смог определить разницу в плотности между пиритом и окружающей породой и помог создать трехмерные модели этих редко встречающихся жаберных структур.
«Это позволило нам увидеть окаменелость без необходимости сверлить и шлифовать скалу, покрывающую образец», - сказала палеонтолог Мелани Хопкинс, член исследовательской группы Американского музея естественной истории.
«Таким образом, мы могли бы получить изображение, которое было бы трудно увидеть даже под микроскопом - действительно маленькие анатомические структуры трилобитов шириной порядка 10-30 микрон», - сказала она. Для сравнения, толщина человеческого волоса составляет примерно 100 микрон.
Хотя эти образцы были впервые описаны в конце 1800-х годов, а другие использовали компьютерную томографию для их изучения, это первое исследование, в котором использовалась технология для изучения этой части животного.
Исследователи могли видеть, как кровь фильтруется через камеры в этих хрупких структурах, собирая кислород по пути на своем пути. Они выглядят так же, как жабры современных морских членистоногих, таких как крабы и омары.
Сравнение образцов пирита с другими видами трилобитов дало команде дополнительную информацию о том, как нити были расположены относительно друг друга и ног.
Большинство трилобитов копались на дне океана, используя шипы на своих нижних конечностях, чтобы ловить и измельчать добычу. Над этими частями, на верхних ветвях конечностей, располагались дополнительные структуры, которые, по мнению некоторых, предназначались для помощи при плавании или копании.
«В прошлом были некоторые споры о назначении этих структур, потому что верхняя часть ноги не лучшее место для дыхательного аппарата», - сказал Хопкинс. «Можно подумать, что эти нити легко забьются осадком там, где они находятся. Остается открытым вопрос, почему они развили структуру в этом месте на своем теле».
Лаборатория Хьюза использует окаменелости, чтобы ответить на вопросы о том, как жизнь развивалась в ответ на изменения в атмосфере Земли. Примерно 540 миллионов лет назад произошло взрывное разнообразие разнообразия и сложности животных, обитающих в океанах.
«Теоретически мы знали, что это изменение должно быть связано с повышением уровня кислорода, поскольку эти животные нуждаются в его присутствии. Но у нас было очень мало возможностей измерить это», - сказал Хьюз. «Что делает подобные открытия еще более захватывающими».