Ученые выяснили, чем питался птерозавр

Палеонтологи извлекли древние молекулы холестерина из костей птерозавра возрастом 113 миллионов лет и на основе их изотопного состава доказали, что летающая ящерица из рода Anhanguera питалась морской рыбой и головоногими моллюсками. Микробы помогли спасти эти биомаркеры от полного разрушения: разлагая труп, они резко изменили химическую среду и превратили останки в герметичную минеральную капсулу.

Нижнемеловая формация Ромуальдо в Бразилии известна конкрециями - конкрециями карбоната кальция, внутри которых палеонтологи находят объемные окаменелости с остатками мягких тканей. Сто миллионов лет назад эта территория представляла собой глубокий рифтовый бассейн с бескислородными придонными водами. Долгое время отсутствие самого кислорода считалось главным условием сохранности ископаемых, ведь без кислорода не бывает гниения.

Однако эта теория упускала из виду роль анаэробных бактерий: при обработке туши они выделяют кислоты и изменяют химический фон. Из-за этого минералы из морской воды начинают моментально выпадать в осадок, цементируя ткани и кости ящерицы, прежде чем они успеют полностью разложиться.

Авторы исследования, опубликованного в журнале iScience, проанализировали именно такое «цементированное» ископаемое. Образец был найден в северо-западной части бассейна Арарипе в Бразилии. Он представляет собой фрагмент левого крыла (полой фаланги), принадлежащего птерозавру-ангангвериду. Кость сохранилась внутри известнякового конкреция в объемном 3D-формате, что позволило избежать деформации под тяжестью горных пород. Перед этим исследованием палеонтологи не очищали фрагмент кислотой, поэтому внутри фаланги сохранилась нетронутая многослойная минеральная структура и остатки древнего органического вещества.

Для поиска древнего органического вещества авторы использовали метод гидропиролиза. Они измельчили образцы в порошок и нагрели их до 520 градусов Цельсия в токе водорода под давлением 150 атмосфер. Технология позволила отделить ковалентно связанные молекулы стероидов от минеральной матрицы без термического разрушения их углеродного скелета. Биологи определили состав и соотношение полученных веществ с помощью масс-спектрометра.

Разложение туши птерозавра остановили бактерии, участвующие в круговороте серы. Они выделяли кислоты, которые локально снижали уровень pH вокруг кости. В кислой среде минерал фторапатит быстро оседал на коллагеновых волокнах и замещал их. При этом избыток сульфатов вступал в реакцию с барием и стронцием, образуя кристаллы барита и целестина прямо внутри фаланги. Изображения, полученные с помощью электронного микроскопа, показали, что минерализованный коллаген сохранил структуру крест-накрест. Эта усиленная конструкция укрепила полые кости ящерицы и помогла им выдерживать ветровые нагрузки в полете.

После фосфатирования полости кости были заполнены кристаллами кальцита. Процесс проходил в три этапа: сначала микрозернистый цемент покрывал стенки, затем росли пластинчатые кристаллы и, в конце концов, центральную часть занимал крупный глыбовый кальцит. Эта многослойная пробка изолировала органику. Внутри кости масс-спектрометр зафиксировал обилие диастеранов — молекул стерола, деформированных кислотами. Их высокая концентрация подтвердила наличие суровых условий раннего окаменения, исключив возможность позднего загрязнения образца.

Органический анализ подтвердил, что холестерин сохраняется внутри кости. Масс-спектрометр зафиксировал обилие холестана, стабильной «окаменевшей» формы животного холестерина. Эти молекулы (изомер C27) составляют 87 процентов всех стероидных биомаркеров, обнаруженных в костях. Измерив изотопный состав углерода этого ископаемого холестерина, ученые получили значение -19 частей на миллион.

Небольшой объем пробы не позволил провести дополнительные деструктивные испытания, но полученного химического следа оказалось достаточно: такой изотопный маркер характерен для морских хищников высокого трофического уровня, рацион которых состоит преимущественно из рыб и кальмаров.

Исследование показало, что изменения кислотности и изменения окислительно-восстановительных условий при бактериальном разложении туши создают минеральный саркофаг, блокирующий деградацию биополимеров. Этот физико-химический механизм дает биологам инструмент для прямой реконструкции рациона вымерших животных на основе их собственных молекулярных останков, заменяя косвенные оценки по форме челюстей.