Палеонтологи выяснили, как выглядели эмбрионы динозавров, с помощью нейтронов

Новое исследование, проведенное международной группой палеонтологов, посвящено динозаврам семейства овирапторид. В работе, опубликованной в издании Integrative Organismal Biology, освещается вопрос о том, как появлялись на свет детеныши этих животных, связанных общностью происхождения с современными птицами.

Они были похожи на птиц

Овирапториды известны из находок в Азии, относящихся к позднемеловой эпохе и датируемых промежутком времени от 85 до 66 миллионов лет назад. Это были двуногие животные, сходные с птицами по строению скелета и наличию оперения, и клюва, лишенного зубов. По-видимому, они обладали и аналогичным гнездовым поведением.

В пустыне Гоби, на территории Монголии и Китая, обнаружены окаменевшие кладки яиц, оставленные овирапторидами. Изучение сохранившихся внутри яиц эмбрионов представляет большой интерес для реконструкции биологии этих рептилий, в частности, для сравнения этапов развития организма на ранних стадиях с родственными животными – птицами.

Трудности с поиском материала

К сожалению, многие из находок после обнаружения были разделены и вырваны из контекста без должной регистрации всех особенностей их захоронения. Как отметил один из авторов работы Томас Энглер из Института наук о Земле при Рейнском Боннском университете, зачастую даже невозможно определить, принадлежали те или иные ископаемые яйца к одной кладке или нет.

Ученые были вынуждены ограничиться исследованием трех яиц, найденных в одном блоке песчаника из геологической формации Наньсюн (поздний мел) в провинции Цзянси (юго-восточный Китай). Эти яйца практически со стопроцентной вероятностью были частью одного гнезда. Длина каждого из яиц составляет около 18 см, а в заполняющей их полости породе сохранились окаменевшие скелеты эмбрионов.

Синхронно или постепенно?

Палеонтологов интересовал вопрос о скорости развития зародышей в яйцах одной кладки. Дело в том, что птицы по этому признаку сильно отличаются от современных рептилий, таких как крокодилы. Птенцы, как правило, появляются на свет по очереди, моменты их проклевывания не совпадают, в то время как молодняк крокодилов созревает синхронно.

Различие в темпах связано с тем, что пресмыкающиеся откладывают все яйца одновременно, после чего начинается синхронное развитие эмбрионов. В отличие от них птицы, оставаясь на гнезде, пополняют кладку постепенно.

Как же происходило развитие потомства у овирапторид, которые на филогенетическом древе расположены гораздо ближе к птицам, чем к крокодилам? Известно, что эти динозавры не закапывали и не бросали кладку, а подобно современным пернатым заботились о гнездах.

Как установить степень развития

Для выяснения того, на какой стадии развития находились зародыши овирапторид в каждом из трех яиц, ученым необходимо было тщательно исследовать состояние скорлупы и особенности строения скелетных остатков. В частности, измерялись длина и пропорции костей, а также степень связности скелета.

Что касается скорлупы, то о стадии эмбрионального развития можно судить по ее структуре и составу. Кальций, необходимый для строительства и роста скелета, эмбрион забирает из скорлупы. С изменением его содержания меняется и структура яичной оболочки. Для ее определения тонкие срезы скорлупы изучаются с помощью поляризационного микроскопа.

Нейтроны вместо рентгена

Рентгеновское просвечивание окаменевших яиц не прояснило тонких особенностей их структуры. При окаменении костного материала органические вещества в нем разлагаются и замещаются минеральными соединениями с сохранением исходной формы кости и общих черт ее строения. Содержимое яиц представляет собой плотный песчаник, и идентификация мелких костей в нем оказалась сильно затруднена.

Мягкие рентгеновские лучи не проникают в песчаник, а при повышении жесткости излучения теряется контраст между остатками костей и вмещающей породой. Дополнительная сложность состояла в деформации, которую испытали яйца вместе с внутренним содержимым при захоронении в грунте.

После неудачи на рентгеновской установке ученые применили для исследования внутренней полости яиц метод нейтронной томографии. Нейтронный пучок характеризуется большей глубиной проникновения, чем рентгеновские лучи. Томографическое просвечивание велось на двух установках, одна из которых генерирует пучки тепловых нейтронов, а другая – холодных (самых низкоэнергетических). Затем полученные данные сравнивались и суммировались.

О чем рассказала томография

Результаты нейтронного просвечивания показали, что размеры и относительное расположение костей одного из эмбрионов отличаются от пары других. Он менее развит, следовательно, это яйцо было отложено спустя некоторое время, и детеныш должен был появиться из него позднее. Гистология скорлупы подтвердила полученные с помощью томографов данные: у «старшей» пары она обеднена кальцием за счет роста эмбрионов.

Выводы ученых согласуются с известной особенностью кладок овирапторид: при круговом расположение яиц в них нередко прослеживается попарная группировка. Окаменелости самки овирапторозавра, также раскопанные в Китае, содержат два неотложенных яйца в области таза. Очевидно, эти динозавры были близки к птицам не только по внешним признакам, но и по репродуктивному поведению и связанной с ним очередности появления детенышей.

Проведенная палеонтологами работа способствовала лучшему пониманию жизни давно вымерших животных. Кроме того, она показала высокую эффективность нейтронной томографии в палеонтологических исследованиях.