Древние кости пингвинов хранят секреты климата, которые были скрыты миллионы лет

Фото из открытых источников

Окаменелые кости пингвинов из Антарктиды — это не просто остатки вымершего вида.  Согласно новому исследованию, они представляют собой химические архивы, сохраняющие информацию об условиях окружающей среды, в которой они были захоронены миллионы лет назад. Теперь эту информацию можно прочитать, не разрезая ни одного образца.

Это значимый сдвиг для области, которая традиционно опиралась на керны морских отложений и микроокаменелости для реконструкции древнего климата, поскольку он открывает музейные ящики, полные уже собранных костей, в качестве нового источника данных об окружающей среде.

Исследование проведено группой палеонтологов из Китайского университета геологических наук в Пекине. Его результаты были опубликованы в журнале Fossil Record.

Исследовательская группа сосредоточила внимание на ископаемых останках пингвинов с острова Сеймур, расположенного у берегов Антарктического полуострова. Палеонтологи давно ценят это место за наличие одной из самых богатых и непрерывных летописей ископаемых останков пингвинов эоцена. 

Поскольку слои горных пород острова расположены в четкой, в основном непрерывной последовательности, окаменелости, извлеченные с разной глубины, можно с уверенностью отнести к разным периодам времени.  Благодаря этому остров Сеймур представляет собой исключительно удобную природную лабораторию для отслеживания изменений условий на протяжении миллионов лет.

«Пингвины — одни из самых знаковых животных Антарктиды и представляют собой одну из самых примечательных групп птиц, полностью утративших способность летать и использующих вместо этого свои крылья, похожие на ласты, для плавания», — заявили исследователи. «На острове Сеймур сохранилась одна из самых богатых и стратиграфически непрерывных в мире коллекций ископаемых останков пингвинов эоцена. Эти окаменелости охватывают важный период эволюции климата Антарктиды, от относительно теплых и влажных условий раннего эоцена до более прохладного климата среднего и позднего эоцена».

Для изучения таких редких образцов без их повреждения исследователи использовали микрорентгеновскую флуоресцентную томографию — метод, позволяющий картировать химический состав поверхности кости без необходимости физического отбора проб или разрезания. 

По сути, сканер считывает элементный состав кости, направляя рентгеновские лучи на ее поверхность, создавая подробную картину ее состава без удаления материала из окаменелости.

Проведение сканирования ископаемых останков разных геологических периодов выявило четкие и устойчивые различия в химическом составе в зависимости от возраста. 

Эти различия были достаточно существенными, чтобы отличить более древние образцы, связанные с более теплыми условиями, от более молодых ископаемых, образовавшихся в результате похолодания Антарктиды.

В ископаемых, датируемых примерно 55 миллионами лет назад, периодом раннего эоцена, содержалось заметно больше титана, кремния и калия, чем в более молодых образцах. Команда исследователей установила, что этот химический состав обусловлен интенсивным выветриванием на суше и обильным стоком в древний теплый период, когда большее количество осадков и более сильная эрозия смывали бы большее количество богатых минералами отложений в морскую среду, где обитали пингвины. 

Этот характерный признак существенно исчез в окаменелостях, образовавшихся в более холодные периоды после этого, поскольку выветривание замедлилось, и меньшее количество наземного материала проникло в окружающие осадки.

«На основании стратиграфических, седиментологических и палеоклиматических данных мы интерпретируем эту закономерность как соответствующую более интенсивному континентальному выветриванию и поступлению наземного материала в теплых и влажных условиях раннего эоцена», — отметили ученые.

Работа с такими древними и хрупкими окаменелостями сопряжена со своими техническими трудностями.

«Одной из главных задач было получение достоверной информации об элементарном составе без повреждения окаменелостей», — пояснила команда. «Неправильная форма и изогнутые поверхности ископаемых костей создавали практические трудности при сканировании. Чтобы минимизировать влияние колебаний высоты поверхности, мы расположили кости как можно горизонтальнее и поддерживали относительно постоянное расстояние между сканирующей головкой и поверхностью кости».

Помимо отслеживания условий на суше, сканирование также выявило наличие железа, марганца и серы, застрявших в самих костях. Вероятно, эти закономерности отражают локальные химические условия в морских отложениях, в которых были обнаружены окаменелости.

Этот второй слой свидетельств позволяет заглянуть в то, что произошло с костями во время и после захоронения, добавляя еще одно измерение к экологическим подсказкам, сохранившимся в их химическом составе.

Группа исследователей рассматривает геохимический анализ костей как подлинное дополнение к устоявшимся методам, таким как бурение морских отложений и анализ микроокаменелостей, а не как их замену.

«Важным открытием для нас стало то, что информация об элементарном составе, сохранившаяся в костях пингвинов, может отражать не только то, как внешние материалы попали в кости, но и различия в условиях выветривания, отложения и ранней диагенетической среды», — заявила команда исследователей. «Мы считаем, что ископаемые остатки могут служить важным дополнительным источником информации для изучения палеоэкологических изменений на Антарктическом полуострове».

Сочетая неразрушающее химическое сканирование с хорошо изученным геологическим контекстом, исследование демонстрирует способ извлечения действительно новых данных об окружающей среде из коллекций ископаемых, которые зачастую изучались уже десятилетиями, что потенциально может расширить инструментарий, доступный для будущих исследований полярного климата.