Вчені підтвердили біологічне походження структур у яйцях динозаврів

Міжнародна команда вчених під керівництвом доктора Чжан Шуканга та постдокторанта доктора Чхве Сина з Інституту палеонтології хребетних та палеоантропології Китайської академії наук провела комплексне дослідження структур яєчної шкаралупи динозаврів, яке остаточно вирішило давню наукову суперечку про їхнє походження.

Шкаралупа яєць архозаврів, до яких належать крокодили та птахи, а також черепах складається з характерних кристалічних структур, відомих як одиниці яєчної шкаралупи. Ті, що ростуть від шкірястої мембрани, називаються первинними одиницями яєчної шкаралупи, тоді як ті, що формуються всередині вапнякового шару, отримали назву вторинних одиниць яєчної шкаралупи. Хоча вторинні одиниці рідко зустрічаються в яйцях сучасних птахів, вони поширені в яйцях динозаврів.

Через брак глибоких досліджень цієї структури науковці не були впевнені, чи мають вони біологічне походження, чи утворилися внаслідок небіологічних геологічних процесів. Це питання було критично важливим для розуміння процесів біомінералізації у вимерлих видів та еволюційного розвитку репродуктивних стратегій.

Для вирішення цієї проблеми дослідники застосували сучасні методи аналізу, включаючи дифракцію зворотно розсіяних електронів, поляризаційну світлову мікроскопію та скануючу електронну мікроскопію. Для порівняння вони також вивчили яєчні шкаралупи сучасних птахів, черепах та крокодилів.

Дослідження показало, що кристалографічні характеристики вторинних одиниць яєчної шкаралупи динозаврів були майже ідентичними до характеристик первинних одиниць. Особливо важливо, що вони також відповідали кристалографічним характеристикам вторинних одиниць у шкаралупі сучасних черепах та крокодилів.

Крім того, вторинні одиниці в яйцях динозаврів демонстрували численні борозни та везикули, подібні до тих, що спостерігаються в одиницях яєчної шкаралупи сучасних птахів. Ці борозни та везикули були інтерпретовані як залишки просторів, залишених після деградації волокон органічної матриці під час фосилізації.

Ці відкриття, опубліковані в журналі Science Advances, переконливо свідчать про те, що вторинні одиниці яєчної шкаралупи в яйцях динозаврів є біологічними структурами. Це спростовує альтернативну гіпотезу про їхнє абіогенне походження внаслідок пост-депозиційних геологічних процесів.

У деяких яєчних шкаралупах динозаврів з добре розвиненими поровими каналами дослідники виявили, що вторинні одиниці або перекривали первинні одиниці, або росли всередині порових каналів. Хоча ріст цих вторинних одиниць відбувався без перешкод, с-осі їхніх кальцитових кристалів все ще простягалися паралельно до напрямку росту яєчної шкаралупи.

Це явище кидає виклик «гіпотезі конкуренції», виведеній з досліджень яєчної шкаралупи сучасних птахів, і розкриває, що орієнтація с-осі одиниць яєчної шкаралупи, ймовірно, регулюється волокнами органічної матриці, а не є результатом конкурентного росту між сусідніми кальцитовими кристалами.

З точки зору еволюційної динаміки дослідники виявили, що вторинні одиниці були присутні в яєчній шкаралупі зауроподів, гадрозаврів та потенційних базальних тетанур, тоді як вони були помітно рідкісними у маніраптор, включаючи птахів. Це свідчить про те, що механізм формування міг змінитися під час еволюції яєчної шкаралупи від неавіанських тероподів до сучасних птахів.

З макроеволюційної перспективи вторинні одиниці з'являються у черепах, крокодилів, а також у лініях орнітісхійських, зауроподних та тероподних динозаврів, що вказує на те, що ці структури могли еволюціонувати незалежно в межах вапнякових шарів яєчної шкаралупи. Однак на молекулярному рівні біомінералізації можливість глибокої гомології вторинних одиниць у всіх цих лініях не може бути виключена.

Результати дослідження мають важливе значення для розуміння еволюційної пластичності структур яєчної шкаралупи. Вони демонструють, що біомінералізаційні процеси у вимерлих видів були набагато складнішими, ніж раніше вважалося, і що втрата здатності формувати вторинні одиниці у птахів може представляти еволюційне спрощення репродуктивної стратегії.

Це дослідження проливає світло на характеристику вторинних одиниць яєчної шкаралупи динозаврів та пропонує нові погляди на еволюційну пластичність структур яєчної шкаралупи. Воно також відкриває нові можливості для вивчення втрачених біомінералізаційних процесів у маніраптор динозаврів та розуміння того, як ці процеси змінювалися протягом еволюційної історії.