Марсело Санчес - Эмбрионы в глубинах времени

Следующий крупный технологический шаг вперёд был представлен в работе 1970 года французскими исследователями Сесиль Поплен и Арманом Ж. де Рикле, которые изобрели метод получения срезов ископаемых образцов с помощью микротома. Они подбирали технику разделения окаменелостей на срезы, которые можно было бы разместить на стекле, как при стандартных гистологических методах. Это были вовсе не тривиальные сложности, поскольку у окаменелостей твёрдая ткань пористая, хрупкая, ломкая, более гетерогенная по составу и менее эластичная при нагрузках, чем кость современных животных. При пропитке ископаемых костей смолами в вакууме и под давлением каждый срез становится более устойчивым. Химический состав ископаемой кости также отличается от её состава у ныне живущих таксонов. Получившиеся в результате срезы сохраняют очертания различных структур, имеющихся в окаменелости. Следовательно, даже если химический состав изменился или исходные компоненты были замещены, границы между ними сохранились. Эта техника использования микротома была первым шагом к замене метода последовательного стачивания, которому приносится в жертву исходная окаменелость. Новейшая техника визуализации внутренней структуры окаменелости не требует получения срезов. С помощью мощной компьютерной томографии с высоким разрешением теперь возможно изучить детали микроанатомии, даже не разрезая окаменелость.

Причина того, что гистология ископаемой кости является богатым источником информации, состоит в том, что кость — это живая ткань, которая претерпевает много последовательных процессов резорбции и реконструкции. Этот факт приносит нам пользу после того, как с нами приключается несчастный случай, при котором мы ломаем кость; мы страдаем от этого в пожилом возрасте из-за остеопороза. Для палеонтологов изменение кости в течение жизни означает, что многое из этой записи жизни позвоночного животного можно увидеть. Ключевой момент здесь — умение различать следы первичного роста кости и процессов вторичной перестройки среди отметок, образовавшихся в процессе роста.

Самую ненарушенную информацию о росте скелета позвоночного обычно получают из района средней части длинных костей, таких, как в руках (плечевая кость) или в ногах (бедренная кость). Перед изготовлением срезов кости погружаются в синтетическую смолу, затем они шлифуются и полируются, пока не достигают соответствующей толщины, обычно 0,6–0,8 см. Далее эти срезы изучаются под микроскопом при различном освещении и с разными светофильтрами. Обычно предметом исследований палеонтологов являются отдельные обломки костей, поскольку музейные кураторы обычно не любят агрессивного способа исследований, который включает разрезание ископаемых образцов на тонкие кусочки. Это приводит к проблемам, поскольку зачастую нет уверенности в том, что известно точное с позиции анатомии или таксономии место взятия образца. Несмотря на эту трудность, количество новых открытий, сделанных путём исследований тонких срезов окаменелостей, увеличивается экспоненциально.

Моё первое знакомство с палеогистологией произошло благодаря моему более молодому коллеге Торстену Шейеру, который работал в моей лаборатории вскоре после моего прибытия в Цюрихский Университет, и благодаря его бывшему научному руководителю работы на соискание степени доктора философии Мартину Сандеру из Бонна, мировому лидеру в этой области. Я посетил лекцию Сандера в Тюбингене, посвящённую зауроподам, крупнейшим среди динозавров, на примере которых он показал, как много может дать палеогистология в понимании характера роста и устройства костей у этих животных. Мне пришло в голову, что этот подход можно было бы использовать для исследования Stupendemys geographicus , самой крупной водной черепахи из когда-либо существовавших, представителя гондванской группы, остатки которой мы собрали в ходе моего полевого проекта в Венесуэле. Сандер направил меня к Шейеру, и мы исследовали Stupendemys и других животных, главным образом млекопитающих и морских рептилий, о чём я и расскажу далее.

Панцирь Stupendemys принадлежит к числу самых толстых и самых крупных среди известных панцирей черепах; у одного экземпляра он достигает 3,3 м в длину. С точки зрения гистологии он демонстрирует хорошо выраженную слоистую, словно бутерброд, структуру, где внешние слои, включающие плотную кость, устойчивую к напряжению, окружают ячеистую внутреннюю губчатую кость. Такой тип структуры был важен для уменьшения веса панциря при сохранении прочности в процессе роста. Совокупность отметок, характеризующих рост, была неполной из-за эрозии, которой, несомненно, подверглись образцы, изучавшиеся нами, и которая характеризует местонахождение окаменелостей Урумако в Венесуэле. [40] Обзор местонахождения окаменелостей Урумако в Венесуэле и информацию о палеобиологии Stupendemys и многих других неогеновых позвоночных см. в Sánchez-Villagra, Aguilera, и Carlini 2010. Однако, вид ткани и просветы между отметками, образовавшимися в процессе роста, сопоставимы с таковыми у ныне живущих черепах с «нормальным» медленным темпом роста. Если предположить темп роста подобным таковому у большинства современных морских черепах с сопоставимыми гистологическими характеристиками, то экземпляр, который мы изучили, должно быть, рос примерно от 60 до 110 лет, прежде чем достиг гигантского размера панциря.

Организация ткани, наблюдаемая у современных животных, служит ключом для понимания особенностей гистологии, которые можно наблюдать в ископаемых костях. Остеобласты — это клетки, создающие кость. Также существуют пустоты, называемые лакунами, которые связаны друг с другом посредством канальцев, ответственных за распределение питательных веществ и кислорода. Эти и другие основные особенности строения кости могут наблюдаться в окаменелостях. Остеобласты и остеоциты, кровеносные сосуды или васкулярные каналы и коллагеновые волокна в большинстве случаев разрушаются в ходе фоссилизации, но их положение и форма могут быть зафиксированы в полной мере. [41] Коллагеновые волокна не всегда разрушаются в ходе фоссилизации. Например, на ископаемых остатках из девона, подобных Eusthenopteron, может оставаться хорошо сохранившаяся коллагеновая матрица (Zylberberg, Meunier и Laurin 2010). Некоторые исследования ныне живущих позвоночных показали, что костные ткани у животных, которые растут быстро, обладают иными особенностями в сравнении с тканями тех, кто растё медленно. Быстрый рост связан с костной тканью, богатой кровеносными сосудами, означающей усиленное снабжение кости кислородом и питательными веществами. Медленный рост коррелирует с менее васкуляризированной костью, часто прерываемой концентрическими линиями, сходными с годичными кольцами дерева. Это открытие — то, что скорость роста влияет на тип откладываемой костной ткани — было опубликовано Родолфо Амприно из Туринского Университета в 1947 году и сейчас известно как правило Амприно. Изучение гистологии костей было продолжено после выхода статьи Амприно, и палеонтологи следовали ходу его мыслей, пытаясь реконструировать аспекты физиологии и истории жизни ископаемых видов.