Крошечные окаменевшие кости, многие не толще карандашного грифеля, найденные совершенно случайно на склоне холма в окрестностях города Люфенг в провинции Юннан в юго-западной части Китая, оказались уникальным «окном» в механизмы эволюции динозавров. Примерно три года назад эти кости были опознаны как останки эмбринов динозавров палеонтологом-любителем из Тайваня и последующая кропотливая работа целой международной группы палеонтологов под руководством Роберта Рейша (Robert Reisz) из университета Торонто (Канада) привела их на вершину этого холма к большому куску окаменевшего ила, где были обнаружены около 200 костей принадлежавшие примерно 20 эмбрионам.

Останки окаменевших эмбрионов динозавров редки сами по себе, но целый ряд факторов сделал данную находку уникальной. Во-первых, окаменелости оказались очень древними — им примерно 190-197 миллионов лет и они относятся к раннему Юрскому периоду, тогда как подавляющее большинство других подобных находок датируется гораздо более поздним Меловым Периодом. Во-вторых, кости принадлежат динозаврам из рода люфенгозавров, которые относятся к зауроподным динозаврам. Именно представители этой группы рептилий стали самыми крупными (по длине, росту и весу) наземными животными в истории Земли. Как и почему они достигли таких размеров остаётся интересной загадкой-пазлом, к которой время от времени палеонтологи находят новые «кусочки"-ответы.

Статья, опубликованная в журнале Nature Робертом Рейшем и его коллегами, стала именно таким интересным и важным «кусочком» от пазла. Как оказалось, окаменевшие кости принадлежат эмбрионам люфенгозавров самых разных возрастов, что дало возможность их сравнить и получить более динамичную картину их роста. Подробное изучение костей и их фрагментов позволило авторам сделать заключение, что они развивались ускоренными темпами, возможно, как часть стратегии избегания нападений от более крупных хищников. И, наконец, спектральный анализ эмбриональных костей показал характерные признаки наличия в них органических веществ, возможно, сохранившихся в течение десятков миллионов лет.

1

Одной из самых распространенных и успешных групп динозавров Мезозоя были зауроподы (отряд Saurischia) — изначально бипедальные (двуногие) травоядные, или даже всеядные; динозавры, со временем эволюционировавшие в настоящих гигантов, например, брахиозавров или суперзавров, которые достигали 35 метров в длину, около 20 метров в высоту и весили до 80-100 тонн. Зауроподы имеют своё начало в Триассовом периоде (210 миллионов лет назад), a описанные в статье люфенгозавры жили в самом начале Юрского периода (около 190-197 миллионов лет назад) и уже достигали довольно внушительных размеров — 8-9 метров в длину (например, длина современного африканского слона составляет 5-6 метров). Взрослые люфенгозавры были вполне типичными представителями про-зауропод, базальной ветвью зауропод, останки которых находят в больших количествах на всех континентах. Считается, что эти динозавры питались как низкой растительностью опускаясь на все четыре ноги, так и могли подниматься на двух ногах, чтобы достать листья на ветках более высоких растений.

Рекомендуем по этой теме:
18073
Архейская эра

Как уже упоминалось, динозавры, подобные люфенгозаврам из статьи, являлись весьма обычными представителями фауны своего времени, в частности, было найдено более тридцати скелетов по крайней мере двух видов люфенгозавров в районе города Люфенга (по имени которого были названы эти животные), провинции Юннан в юго-западном Китае. Любопытно, что люфенгозавры являются родственниками таких про-зауропод как Massospondylus в Южной Африке, окаменевшие эмбрионы которых до этой находки считались древнейшими известными окаменелостями подобного типа в мире. Надо отметить, что определение биологического вида, к которому принадлежали эмбрионы, описанные в статье, является предварительным, так как не было найдено останков взрослых животных вместе с эмбрионами. Ряд признаков, например, форма кости и зубов верхней челюсти и схожесть других костей с ранее описанными эмбрионами родственных Massospondylus, позволяют с определённой долей точности отнести данных эмбрионов к зауроподоморфным люфенгозаврам.

2

Окаменевшие останки эмбрионов динозавров, найденных ранее, как правило, находились внутри яйцевой оболочки-скорлупы, либо внутри своего гнезда. Таким образом, это обычно очень поздние эмбрионы или же только что вылупившиеся птенцы примерно одного возраста и размера в пределах гнезда. Несмотря на то, что подобные находки чрезвычайно ценны с точки зрения сравнительного анализа между видами таких динозавров и современными видами позвоночных, они не позволяют изучать, как протекало внутривидовое эмбриональное развитие. Окаменелости эмбрионов люфенгозавров были найдены как смесь примерно двухсот костей, принадлежавших эмбрионам самых разных этапов эмбрионального развития, скорее всего из нескольких гнёзд, включая сравнительно ранние эмбрионы, кости которых характеризуются, например, низким уровнем минерализации (кальсификации) и высоким уровнем васкуляризации (степенью пронизанности кровеносными сосудами).

Палеонтологи внимательно изучили все эмбриональные кости, но сфокусировали свою внимание на бедренных костях, так как они сохранились лучше других. Как показал сравнительный анализ этих костей, в процессе эмбриогенеза люфенгозавры росли чрезвычайно быстро, гораздо быстрее, чем растут любые из современных рептилий. Необычайно быстрый рост эмбрионов люфенгозавров, найденных в Китае, был достаточно неожидан. Среди позвоночных животных динамика роста самая высокая у теплокровных, млекопитающих и птиц. Птицы являются рекордсменами — темпы их роста чрезвычайно высоки как в эмбриогенезе, так и на более поздних стадиях развития. Считалось, что динозавры, по крайней мере, динозавры не являющиеся близкими родственниками птиц, не могли расти с такой скоростью. Даже известные своими темпами роста тираннозавры не могли конкурировать с современными птицами. Согласно же данным полученным о развитии люфенгозавров получается, что эта ветвь динозавров, известная своей эволюционной склонностью к гигантизму, могла иметь темпы роста которые были даже выше показателей птиц. Если такие темпы роста поддерживались после вылупления, то крупные размеры при обилии пищи могли достигаться этими животными в сжатые сроки, позволяя им избегать нападения от хищных динозавров. Считается, что именно крупные размеры давали зауроподам сравнительную безопасность и обеспечили им эволюционный успех.

3

Одним из самых интересных открытий в статье Роберта Рейша и его коллег, стал вывод о подвижности эмбрионов в процессе их развития. У современных птиц за несколько дней до их вылупления из яйца эмбрионы начинают активно двигаться — передвигают конечностями, открывают и закрывают клюв, двигают головой и так далее. К этому времени практически все процессы активного морфогенеза (дифференциации клеток и формообразования тканей и органов) уже закончены и идёт бурный рост всего организма. Появляются функциональные мышечные ткани, и они начинают активно сокращаться. Сокращения мышц влияют на развитие всего скелета. Скелетные клетки обладают функцией механотрансдукции — они чувствительны к изменениям уровня и направления механического стресса, например, сжатия или растяжения, и активно отвечают изменениями в выработке костного межклеточного вещества, уровня его минерализации и так далее. Костная ткань весьма восприимчива к биологическим стрессам, прежде всего от мышц. На поверхности берцовых костей эмбрионов люфенгозавров исследователи нашли признаки таких взаимодействий с активными мышечными тканями. У птиц, например,  кур и уток, такая «тренировка» ещё внутри яйца приводит к тому, что птенец вылупляется с функционирующим скелетом и мышцами, и весьма готовым к независимому существованию и быстрому передвижению почти сразу после вылупления.

Рекомендуем по этой теме:
173864
Антропогенез
4

Изучение любых окаменелостей — это всегда детективная работа, иногда даже разгадка убийства, которое произошло миллионы лет назад! В отличие от практически всех других находок окаменелостей эмбрионов динозавров, останки люфенгозавров не были найдены внутри яиц, покрытых скорлупой или даже внутри гнезда. Была найдена большая масса костей, их фрагментов и кусочков окаменевшей яичной скорлупы, смешанных с друг с другом, но также частично отсортированных по размеру. Окаменелости эмбрионов были найдены в сцементированной красной осадочной породе (аргиллит), в которой было мало крупных частиц. Все эти данные позволили ученым предположить, что примерно 190 миллионов лет назад несколько самок-люфенгозавров отложили яйца в гнёзда или в грунт поблизости от водоёма. В последствие и ещё до того как птенцы вылупились, яйца были скорее всего затоплены разливом воды, эмбрионы погибли, а сами яйца были разрушены воздействием воды (волнами). Таким образом содержимое яиц смешалось с грунтом и яичной скорлупой, но воздействие воды было очень медленным и мягким, так что мелкие и чрезвычайно хрупкие кости эмбриональных динозавров сохранились. Волновое воздействие воды объясняет и перемешивание костей разных по своему возрасту эмбрионов и их сортирование по размеру.

5

Кости эмбринов люфенгозавров были подвергнуты синхротронному излучению и ИК-фурье спектроскопии. В результате были найдены спектральные сигналы, выдающие присутствие амидов и апатитов, и указывающие на возможные продукты распада белков. Ранее уже публиковались статьи, в которых утверждалось детектирование органических веществ, включая белки и нуклеиновые кислоты в костях динозавров, например, в костях знаменитого Т. rех. Главное отличие в том, что в более ранних исследованиях  использовали декальсификацию костей и нарушение их целостности. Таким образом их выводы считались спорными, так как указывалась возможность загрязнения костей в процессе их изучения уже в лаборатории. В данной же статье, содержимое полостей внутри окаменевших костей изучалось «напрямую» с помощью достаточно жёсткого излучения. Таким образом был существенно уменьшён риск загрязнения извне. Степень сохранности белковых структур внутри костей неясна, и поэтому непонятно, можно ли из них получить полезную информацию, например, секвенировать последовательность аминокислот этих белков. Тем не менее, подобные исследования показывают, что молекулярные подходы и изучение окаменелостей имеют смысл и вполне  скоро возможно дадут интересный результат. Секвенирование белков, прежде всего коллагенов, самых распространённых и стабильных протеиновых полимеров, было бы весьма полезным для сравнения с гомологичными последовательностями как из современных животных, например, птиц и рептилий, так и в перспективе с другими видами динозавров и архозавров. Подобные последовательности помогли бы нам составить более точные филогенетические кладограммы, генеалогии основанные на сравнении последовательностей сложных биологических молекул, и напрямую подтвердить или опровергнуть генеалогические постройки основанные на морфологических признаках.

6

Существует целый ряд проблем в изучении и интерпретации окаменевших останков эмбрионов люфенгозавров. Во-первых, будет чрезвычайно сложно собрать цельный скелет этих животных, так как многие кости представлены только в виде фрагментов. Во-вторых, необходимо выяснить и подтвердить, что все эти эмбрионы принадлежат одному виду. В принципе возможна ситуация, что существовала колония нескольких видов динозавров точно так также, как сейчас существуют смешанные колонии разных видов птиц. В-третьих, было бы очень полезным найти останки костей детёнышей люфенгозавров уже после рождения, чтобы узнать поддерживался ли ускоренный темп роста и развития после вылупления. И конечно было бы замечательно подтвердить наличие органических веществ, особенно биополимеров, в этих окаменелостях. К сожалению, это скорее всего потребует использования разрушительных методов, вроде деминерализации и растворения минералов окаменелостей в кислотах.

7

Статья, в которой описываются эмбрионы динозавров-люфенгозавров чрезвычайна интересна и важна для современной палеонтологии и эволюционной биологии. Прежде всего, очень наглядно показана важность знания процесса онтогении (эмбрионального развития) организмов для более полного и всестороннего понимания их эволюции. Были найдены признаки, указывающие на чрезвычайно высокий темп роста и развития представителей группы динозавров, которые обладали крупными размерами, люфенгозавры и другие про-зауроподы достигали размеров крупного слона уже в начале Юрского Периода и они дали начало самым крупным наземным животным за всю историю нашей планеты. Данное исследование подсказывает, как изменение в регуляции роста, начиная с эмбрионального периода, может привести к совершенно новому эволюционному результату — появлению поистине гигантских форм многоклеточной жизни. Быстрое развитие внутри яйца и после рождения также позволило бы молодым люфенгозаврам уменьшить потери популяции от хищников. Благодаря это находке, была получена возможность изучать присутствие и состав органических веществ, предположительно белков и продуктов распада в одной из ранних групп динозавров. Если окажется, что органические вещества в костях (белки и нуклеиновые кислоты) можно секвенировать, то это, возможно, приведёт к «взрыву» подобного типа исследований и к развитию совершенно нового направления в изучении останков давно вымерших видов животных и растений.