Пермские окаменелости — самые ранние свидетельства дыхания с помощью рёбер

Фото из открытых источников

Палеонтологи изучили образцы раннего пресмыкающегося Captorhinus aguti возрастом 289 миллионов лет, которые сохранили трехмерный кожный покров, полный плечевой пояс и грудную клетку с хрящами, а также — что наиболее поразительно — остатки белка, которые предшествуют предыдущему самому древнему известному образцу почти на 100 миллионов лет. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature.

Переход от воды к суше был важным шагом в эволюции позвоночных, и ранним амниотам потребовались новые способы дыхания, чтобы выжить в засушливой среде.

Ранние амниоты в основном использовали дыхание через горло и кожу, тогда как более поздние амниоты использовали свои ребра и грудную клетку для втягивания воздуха в легкие.

Поскольку мягкие ткани практически никогда не окаменевают, прямых доказательств того, как и когда произошел этот сдвиг, нет.

«Captorhinus aguti — интересное существо, похожее на ящерицу, которое имеет решающее значение для понимания ранней эволюции амниот», — сказал Итан Муни из Гарвардского университета. «Это существо, достигавшее более 5 см в длину, было одним из первых известных пресмыкающихся, экспериментировавших с жизнью на суше. В своё время они процветали и были многочисленны».

Три хорошо сохранившихся экземпляра Captorhinus aguti были обнаружены в уникальной системе пещер недалеко от Ричардс-Спур, штат Оклахома.

Окаменелости были заключены в тонкую глину и пропитаны маслом, что позволило обнаружить ранее неизвестные структуры.

В одном из образцов палеонтологи обнаружили сегментированную хрящевую грудину, грудинные ребра, промежуточные ребра и структуры, соединяющие грудную клетку с плечевым поясом.

Впервые в палеонтологической летописи стало возможным увидеть эти структуры у ранней рептилии и реконструировать полный дыхательный аппарат ранней амниоты.

«Мы предполагаем, что система, обнаруженная у Captorhinus aguti, представляет собой исходное состояние для того типа дыхания с помощью ребер, который присутствует у современных рептилий, птиц и млекопитающих», — сказал профессор Роберт Р. Рейз из Университета Торонто и Цзилиньского университета.

Ученые отмечают, что использование мускулатуры грудной клетки было эволюционным нововведением, имевшим основополагающее значение для освоения наземного мира этими древнейшими предками современных рептилий и млекопитающих.

«Эта система, вероятно, также способствовала стремительному разнообразию ранних амниот, подготовив почву для их господства на суше», - добавил Муни. «Это стало поворотным моментом, позволившим этим животным вести гораздо более активный образ жизни». 

С помощью синхротронной инфракрасной спектроскопии исследователи также обнаружили остатки исходных белков, сохранившиеся в костях, хрящах и коже.

Эти органические молекулы, ранее никогда не встречавшиеся в окаменелостях палеозойской эры, почти на 100 миллионов лет старше предыдущего, самого древнего образца, найденного у динозавра.

«Обнаружение остатков белка – исключительный случай», – сказал Муни. «Это значительно расширяет наше понимание того, что возможно в плане сохранения мягких тканей в палеонтологической летописи».