Знания российского ученого пригодились в составлении «родословной» саламандры
Древняя саламандра Marmorerpeton wakei стала героиней номера научного журнала Proceedings of the National Academy of Sciences. Среди авторов, сплошь британских ученых (Лондонский университетский колледж, Оксфордский университет, Национальный музей Шотландии, Лондонский музей истории), — российский палеонтолог профессор СПбГУ Павел Скучас. Интересно, что Павел Петрович к найденной саламандре и не прикоснулся.
Павел Скучас объясняет: на рисунке слева — так выглядела древняя амфибия, справа — на какие кусочки можно разобрать ее виртуальный череп./Фото автора
Мастер выживания
На шотландском острове Скай можно встретить бродящих по берегу палеонтологов: во время отлива собирают камни с «вмурованными» костями древних животных. Этот улов поставляют тамошние отложения возрастом 166 млн лет.
Таким вот образом ученые нашли самый древний на сегодня полный скелет саламандры. Процесс поиска растянулся почти на полвека. В 1971 году обнаружился один фрагмент, в 2016‑м — еще, через три года — еще.
— Особенно приятно рассказывать не про динозавров, — признается профессор Павел Скучас. Он часто выступает с научно-популярными лекциями, и публика жаждет, конечно, рассказов про «ужасных ящеров». Хотя те же саламандры, их современницы — просто фантастические существа.
Этих амфибий часто путают с ящерицами, то есть рептилиями, но отличить‑то легко.
— Берете в одну руку ящерицу, в другую саламандру. Одна сухая, другая мокрая, — поясняет Павел Скучас. Ящерица прекрасно переносит жару, амфибия ее не терпит, влага ей необходима.
У саламандр впечатляющий диапазон размеров: длина карликовых — 3 см, исполинских — 180 см. Из икринок одной кладки одни почему‑то обзаводятся конечностями и выходят на сушу, а другие — жабрами и остаются в воде, в личиночной стадии.
Наконец, ошеломляющая способность к регенерации: саламандра может вновь отрастить не только конечности или хвост, но и подлатать хрусталик глаза, даже головной мозг.
Вероятно, причину этого дара нужно искать в гигантском геноме саламандр: если у человека в половой клетке количество ДНК — 3,5 пикограмма (пикограмм — триллионная часть грамма), у некоторых саламандр — 120 пикограммов.
Разбираться в геноме хвостатых амфибий у нас особая корысть: поймем, как работают механизмы восстановления, — попробуем примерить их к себе.
До открытия Marmorerpeton wakei (длина около 60 см, жила в воде) самым древним из найденных был целый скелет Karaurus sharovi. Ему 150 – 157 млн лет. Обнаружен в 1970‑х на территории Казахстана, хранится в московском Палеонтологическом институте РАН. Скелет карауруса называют то «палеонтологической иконой», то «археоптериксом для саламандр». В том смысле, что изучение эволюции птиц невозможно без изучения археоптерикса — так и «саламандроведы» обязательно обращаются к найденному в Казахстане образцу.
Однако Marmorerpeton wakei существенно изменил представление об истории эволюции саламандр. Считалось, что многие виды хвостатых амфибий, чьи остатки находили в юрских отложениях, были первыми представителями современных саламандр.
— Мы показали, что это были гораздо более примитивные, архаичные саламандры, — говорит Павел Скучас.
А первый представитель современных саламандр появился лишь в самом конце юрского периода. И его еще только предстоит найти.
Знания российского ученого понадобились для составления «родословной» древних саламандр: Павел Скучас исследовал остатки хвостатых амфибий, найденные в Средней Азии и Сибири. А с шотландской саламандрой познакомился с экрана рабочего компьютера в СПбГУ. Само международное исследование стало примером того, как ученые из‑за пандемии наловчились работать не с костями и другими остатками, а с их компьютерной визуализацией.
Сделать динозавру КТ
Одна из досадных особенностей палеонтологических находок: часто кости очень плотно «сидят» в породе. Извлекая, можно повредить. Другая неприятность: образно говоря, не разбив яйца, не приготовишь яичницу. Чтобы изучить внутреннее устройство, приходится разрушать оболочку.
— Что делали ученые сто, пятьдесят лет назад: брали циркулярную пилу, распиливали образец и изучали устройство, — поясняет Иван Кузьмин, кандидат биологических наук, ассистент кафедры зоологии позвоночных СПбГУ.
Вроде новое знание получили, но сам образец разрушен и для следующих поколений ученых уже недоступен.
К счастью, современные методы (например, компьютерная томография) позволяют анализировать образец, не повреждая его. В этом смысле динозавр или какой‑нибудь доисторический крокодил ничем не отличаются от пациента клиники. Буквально: если объект изучения не помещается в вузовский микротомограф, ученые договариваются с клиникой и делают КТ в ней.
Получают сотни, десятки сотен снимков, загружают их в специальную программу — и начинается долгий трудоемкий этап. Его палеонтологи иронично называют «50 оттенков серого»: специалисту и то трудно различить, где порода, где остатки. Кропотливо на экране компьютера вычленяют кость за костью, чтобы сделать трехмерную копию каждой. Кстати, и очищать от породы можно виртуально, а реальный образец оставить непотревоженным в куске камня.
3D-модели можно вертеть как угодно, «пилить» на части, отправлять по электронной почте коллегам в любую точку мира, складывать из фрагментов целое — как пазлы.
Чтобы разобрать на виртуальные косточки виртуальный череп крокодила, нужен месяц работы. Зато даже если скелет древнего существа неполный, можно установить, как оно двигалось, какой образ жизни вело. Причем узнать это можно «из пустоты».
Пустота — вот что остается от мозга древних животных. Полость в черепной коробке.
Иван Кузьмин держит подобие камня. Это кусок черепа анкилозавра Bissektipelta archibaldi, мезозойного «броненосца» с непрошибаемым лбом и булавой на конце хвоста. Такие водились, например, на территории современного Узбекистана 90 млн лет назад.
По полости внутри черепа и 3D-моделям ученые получили довольно подробное представление о строении мозга. Он у четырехметрового чудища (впрочем, травоядного) был с человеческий палец, весил 25 – 30 граммов. Судя по длине внутреннего уха, анкилозавр улавливал звуки в диапазоне 100 – 3000 Герц, это довольно низкие частоты: вас бы услышал, мышиный писк — нет. И, судя по тому, что большие полушария меньше обонятельных луковиц, соображал анкилозавр куда медленнее, чем нюхал. Что не помешало ему прожить на планете 100 млн лет.
— Ну представьте себе: большое бронированное животное. Чтобы развернуться и посмотреть на что‑то своими не очень большими глазками, ему приходится совершить множество действий, — комментирует Иван Кузьмин. — А обоняние — хороший способ получения информации на расстоянии. Запах можно почуять раньше, чем увидеть хищника или еду.
— Мы с коллегами не различаем вымерших животных и современных, — констатирует Павел Скучас. — Мы относимся к динозаврам, как будто они живут сейчас.
К саламандрам — тем более: они обитают в прудике Ботанического сада СПбГУ.
2022‑й в Университете был Годом зоологии: 200 лет назад здесь впервые в стране начала работу узкоспециализированная кафедра зоологии. Это можно считать и началом зоологического образования в России.
Материал опубликован в газете «Санкт-Петербургские ведомости» № 7 (7336) от 17.01.2023 под заголовком «Саламандра и пустота».
Комментарии