Марсело Санчес - Эмбрионы в глубинах времени

Наиболее информативные исследования стадий развития кембрийских эмбрионов от дробления до стадий, непосредственно предшествующих выклеву, включали получение изображений с помощью синхротрона, крупное технологическое достижение, которое позволяет проводить исследование крохотных окаменелостей на клеточном уровне. [37] Синхротрон — «это аппарат для придания очень высокой скорости заряженным частицам посредством комбинации высокочастотных электрических полей и низкочастотных магнитных полей» (Университетский Словарь Мерриама Уэбстера, 10-е издание). Порода подвергается химическому воздействию в целях растворения карбоната кальция, окружающего крошечные окаменелости, состоящие из фосфата кальция. Поскольку каждая из этих окаменелостей составляет менее полумиллиметра в длину, это является трудоёмкой задачей. Если принимать во внимание эти ограничения и тот факт, что для поиска таких крохотных, клеточных окаменелостей было сделано ещё очень мало, таксономический и филогенетический охват ископаемых эмбрионов очень ограничен. Фактически, в большинстве случаев вид животного, представленного различными сохранившимися стадиями, остаётся нерешённым вопросом. Некоторые тщательные исследования раскрыли характер дробления у некоторых эмбрионов — это картина деления клеток, ведущего к образованию скопления клеток на первых стадиях развития. Но некоторые из особенностей трудны для распознания с точки зрения как биологии, так и геологии. Тафономические исследования предоставили нам свидетельства того, какие эмбриологические стадии могут сохраниться и как долго и в каких условиях жили эти, главным образом кембрийские, организмы. Пионерными в этой области были исследования Элизабет Рафф и её коллег, которые провели эксперименты с эмбрионами и личинками морских ежей, группы организмов, предпочитаемых у специалистов в области биологии развития из-за того, что о ранних стадиях их онтогенеза известно многое. Рафф и коллеги обнаружили, что сохранение эмбрионов в основном не связано с размерами, и что минерализация тонких особенностей строения, которые могли бы затем быть изученными, была осуществима во многих обстоятельствах. Одни химические условия больше способствовали точному сохранению клеточной анатомии, чем другие. Некоторые стадии обладали незначительным потенциалом для сохранения. Подобные эксперименты в настоящее время проведены с различными видами, но ещё больше должно быть сделано, прежде чем будут разработаны точные или общие протоколы для интерпретации крошечных, сложных органических структур из отдалённого прошлого.

При рассмотрении разнообразия в области индивидуального развития и таксономии, которое должно было существовать, и превратностей геологического сохранения остатков применение универсального метода может быть очень сложным. Но, по крайней мере, экспериментальный подход с использованием ныне живущих видов скажет нам и тем самым позволит нам более критически относиться к тому, чего мы можем достигнуть, обладая новыми инструментами отображения и лучшим пониманием процесса фоссилизации.

Может показаться весьма невероятным, но самым важным рабочим инструментом для большинства палеонтологов, помимо молотка, является микроскоп. Значительная часть людей, изучающих доисторическое биологическое разнообразие, работает в интересах нефтедобывающей промышленности, исследуя мельчайшую пыльцу ископаемых растений или ископаемых фораминифер; последние являются представителями группы одноклеточных организмов, важной для установления стратиграфической корреляции между геологическими подразделениями. Палеонтологам микроскоп позволяет также изучать микроструктуру тканей ископаемых организмов, в особенности кость, которая стала важным предметом исследований, имеющих отношение к изучению индивидуального развития у вымерших таксонов. Изучение живых тканей, или гистология, является обширным полем деятельности, и многое в ней касается идентификации патологий, например, важная диагностическая процедура при исследовании рака. Сравнительные исследования тканей различных организмов, бывших предметом изучения на протяжении столетий, стали возможными благодаря технологическому прогрессу в изготовлении тонких срезов нежных и зачастую мелких комплексных структур различной консистенции и формы. Самые первые работы с тканями на микроскопическом уровне осуществил швейцарец Вильгельм Гис (1831–1904), уроженец Базеля. Он изобрёл микротом, механическое устройство, состоящее из хитроумно расположенного лезвия, которое использовалось для того, чтобы делать тонкие срезы тканей для микроскопического исследования. Благодаря этой новой технологической разработке ему удалось проследить происхождение различных типов тканей животных на эмбриональной стадии. Насколько я знаю, Гис не изучал микроструктуру ископаемых костей; он скорее интересовался эмбрионами и мягкими тканями, например, делая открытия, которые дали ему повод использовать термин «дендриты» для проводящих отростков нервных клеток. Гистологические срезы с использованием преимущественно того же самого метода, который применял Гис примерно 150 лет назад, в настоящее время используются при изучении эмбрионов ныне живущих видов, которые, учитывая их размер, представляют собой очень сложный объект для изучения методом анатомирования. [38] Если говорить о важности изобретения Вильгельмом Гисом микротома и открытий, касающихся клеток животных, стоит упомянуть одно странное совпадение: наука, изучающая ткани, называется «гистология», что происходит от греческого слова «his», означающего «ткань».

С достаточно давних пор палеонтологи поняли, что тонкие срезы могут показать важные анатомические детали ископаемых остатков. Британский специалист по ископаемым рыбам Уильям Джонсон Соллас (1849–1936), профессор геологии из Оксфорда, и его дочь Игерна стали пионерами в этих исследованиях, когда в 1903 году издали работу о девонской рыбе с неясными родственными связями. Совершённый ими технический прорыв состоял в последовательном стачивании образца, создании рисунков появившихся при этом сечений и переводе их в восковую модель, увеличенную по сравнению с оригиналом. Соллас вначале создал модели ископаемых змеехвосток (офиурид) и граптолитов, группы вымерших беспозвоночных, родственных баланоглоссу, которые были выставлены в Британской научной ассоциации в 1901 году. [39] Питер Форей представил подробную статью о Солласе и его методе в информационном бюллетене отдела палеонтологии Музея Естественной Истории в Лондоне (том 3, номер 1 [2005]; www.nhm.ac.uk/resources-rx/files/set-in-stone-3-1-1 7163.pdf). Соллас сделал модели многих окаменелостей, но похоже, что сохранились лишь немногие из них. Позже метод Солласа был мастерски использован школой шведских специалистов в области сравнительной анатомии. Но изготовление восковых моделей отнимает чрезвычайно много времени. Например, известная восковая модель головы Eusthenopteron , животного, важного звена в переходе между рыбами и наземными позвоночными, отняла пятнадцать лет времени у двух техников на её изготовление. В наше время цифровая камера и правильно подобранные оборудование и программное обеспечение могут сделать ту же самую работу в течение нескольких дней. Это технический прогресс огромного масштаба.