Первые хищники появились на Земле 480 миллионов лет назад, и у них даже были зубы, способные восстанавливать себя. Группа палеонтологов во главе с Брайаном Ширли и Мадлен Грохганц из кафедры палеоэкологических исследований Университета Фридриха-Александра в Эрлангене-Нюрнберге (FAU) смогла узнать больше о том, как эти организмы могли расти и регенерировать свои зубы. Результаты опубликованы в Proceedings of the Royal Society B.
В земле до времени: Быстрый хищник с острыми зубами выходит на охоту в доисторическом море. Он высматривает какую-то добычу и незаметно продвигается вперед. Внезапно он начинает убивать и пожирает свою добычу. Некоторые зубы хищника сломались, но они снова вырастут.
Это описание не какого-то доисторического монстра из фильма ужасов, а скорее конодонта. Хотя эти угреподобные позвоночные были всего несколько сантиметров в длину, они считаются самыми первыми хищниками на Земле. Их маленькие зубы, известные как элементы и являющиеся одними из самых важных микроокаменелостей, могут восстанавливаться после повреждения. Как именно это произошло, установить трудно, поскольку, хотя окаменевшие зубы часто находят в морских породах, их мягкие ткани сохраняются редко. Поскольку сохранилось лишь несколько образцов мягких тканей конодонтов, очень сложно определить, как они росли.
Микроскопы и рентгеновские лучи дают представление
Анализ, проведенный исследователями FAU, теперь проливает больше света на эту тему. Используя сканирующие электронные микроскопы, ученые исследовали различные слои зубов конодонтов, чтобы узнать больше о том, как они растут. Во время этого процесса материал бомбардируется электронами. Различные материалы отражают разное количество электронов обратно в микроскоп. Например, тяжелые элементы сильнее отражают электроны, чем легкие, поэтому на изображении они показаны более светлым цветом. Этот метод позволил воспроизвести и исследовать отдельные слои с гораздо более высоким разрешением, чем раньше.
С помощью рентгеновской спектроскопии, в которой элементы обнаруживаются с помощью испускаемого ими излучения, ученые также смогли проанализировать химический состав каждого слоя.
Три стадии роста
Зубы росли циклами, что проявляется в чередующемся цикле между износом и ростом новых слоев. Кроме того, форма зубов сильно различалась в зависимости от стадии роста животных. Используя химический состав и форму зубов, исследователи смогли определить три стадии роста во время развития животного, на которые влияли (среди прочего) пищевые привычки. После первой стадии, типа личиночного состояния, при котором пища не переваривалась механически (путем пережевывания), конодонты эволюционировали в первых охотников на второй и третьей стадиях роста. За это время их зубы претерпели метаморфозу - переход в состояние хищников.
Существующая гипотеза подтвердилась
До сих пор существовало две модели, объясняющие, как конодонтные зубы способны регенерировать сами себя. В отличие, например, от человеческих зубов, которые растут изнутри наружу, зубы конодонтов восстанавливались снаружи, где постоянно добавлялись новые слои. Одна теория, выдвинутая учеными, состоит в том, что конодонты втягивали свои зубы в периоды покоя, а рост происходил за счет наложения новых слоев в карманах эпидермиса. Это можно сравнить с механизмом выдвигающихся зубов, используемых некоторыми видами змей для введения яда. С другой стороны, существует теория, согласно которой зубы были постоянно покрыты тканью и своего рода роговым колпачком, что позволяло со временем наращивать новые слои. Исследование, проведенное учеными FAU, подтвердило первую теорию.
Результаты исследования были опубликованы под заголовком «Износ, разрыв и систематическое восстановление: тестирование моделей динамики роста конодонтов с визуализацией высокого разрешения» в журнале Proceedings of the Royal Society B.