Звери до нас. Нерассказанная история происхождения млекопитающих - Эльза Панчироли

столе, с одной стороны находится похожий на пистолет рентгеновский генератор, а с другой – детектор. Он улавливает различные проекции рентгеновских лучей и отправляет их на компьютер для дальнейшей обработки.

Синхротрон – это микро-КТ, но выкрученная на максимальную мощь. Суперсканер более сильный, умный и интенсивный. Он приходит на выручку в тех случаях, когда обычная компьютерная томография не справляется. Синхротрон обеспечивает более интенсивный пучок рентгеновских лучей, который лучше проникает сквозь материалы и быстрее дает результаты. Он легче распознает материалы, которые трудно отличить с помощью обычной микрокомпьютерной томографии. Например, цементные кольца, по которым исследователи определили возраст первых млекопитающих (см. предыдущую главу), можно увидеть только на синхротроне. Микро-КТ – это старая «мыльница», а синхротрон – навороченная «зеркалка». Разрешение у него, как и у мегапикселей камеры, больше, а значит, исследователи могут рассматривать в деталях гораздо меньшие объекты.

Как и в случае с фотографией, даже хорошее оборудование не обещает отличных результатов. Надо уметь выставлять экспозицию, настраивать продолжительность сканирования, расстояние до образца и много других характеристик в соответствии со сканируемым материалом – все это требует навыков. Кроме того, стоит учитывать стоимость оборудования, время сканирования (которое часто оплачивается почасово или ежедневно) и то, как непросто получить доступ к синхротрону.

Нельзя просто засунуть истлевшие кости в сканер и надеяться на чудо. Но если правильно все настроить, чудо все же случится.

Поскольку я уже вторую ночь ложусь спать только после двух часов ночи, даже красные кнопки растеряли свою прелесть. Я падала на подушку, как свинцовый груз на морское дно. Осадок прошедшего дня медленно оседал, пока я пыталась заснуть.

Ископаемые с острова Скай постепенно проявляют себя, но многие тысячи проекций (отдельных изображений), скопившихся в ID19, пока были всего лишь кодом. Пройдут месяцы, прежде чем Фернандес вышлет мне окончательные снимки. Сначала он реконструирует сделанные нами проекции, затем, поскольку окаменелости были слишком большими, чтобы запечатлеть их за один раз, он объединит многочисленные снимки. После он подготовит срезы, необходимые для следующего этапа реконструкции: цифровой сегментации. На это уйдет еще не один месяц.

Да, окаменелости можно изучать и при помощи одной только компьютерной томографии, но цифровая сегментация, вот она по-настоящему преобразила нашу науку. В ходе этого процесса срезы помещают в программу для превращения в трехмерный объект – компьютерный эквивалент восковых моделей Солласа. Если вы посмотрите на удивительные изображения отсканированных окаменелостей, то увидите сегментированные цифровые реконструкции, а не исходные данные сканирования.

Цифровая реконструкция окаменелостей – это отчасти компьютерный процесс, отчасти искусство. Ее можно в значительной степени автоматизировать с помощью встроенных программных средств. Многие из них основаны на преобразовании значений оттенков серого в 3D-объект. Выбрав нужные вам значения оттенков серого, вы можете автоматически выделить ископаемое из окружающей породы. Почти то же самое, что использовать формочку для печенья.

Но с окаменелостями редко бывает просто. Чтобы отделить ископаемое от породы цифровым способом, между ними должен быть контраст. Если сканирование прошло не лучшим образом, вы непременно столкнетесь с этой проблемой. Если значения оттенков серого слишком похожи, то при попытке отделить ископаемое вы зацепите и породу, что приведет к появлению бесполезного пятна на экране. Даже при самом лучшем сканировании часто бывает трудно отличить камень от кости. В таком случае все зависит от умения и терпения исследователя проанализировать данные и разобраться, что к чему. Это привносит некоторую субъективность, но в целом исследователи – осторожные люди, они готовы провести недели и даже месяцы, разбираясь в этом цифровом беспорядке. Такова была и моя судьба по возвращении в Шотландию.

Однако результаты исследований с использованием сканирования нередко захватывают дух. Одно такое исследование было проведено французским палеонтологом Жюльеном Бенуа и его южноафриканскими коллегами. В 2016 году они опубликовали знаковое исследование10, в котором применили микро-КТ для изучения черепов терапсид, цинодонтов и млекопитающих. Их работа пролила свет на загадку, которую мы считали уже неразрешимой: происхождение усов, меха и молока.

Поскольку волосы редко фоссилизируются, чтобы проследить их происхождение, исследователи используют кости. Некоторые мягкие ткани оставляют следы на костях: мышцы – наиболее очевидный тому пример. Как мы видели в предыдущих главах, более крупные мышцы оказывают влияние на рост костей, заставляя их менять форму в ответ на оказываемое на них давление.

На тело оказывают влияние не только мышцы. Усы и волосы берут свое начало в нашем самом большом органе – коже, и они связаны с нашей центральной нервной системой. Усы подвижны у многих млекопитающих, они подергиваются, когда улавливают запах или помогают своему хозяину проложить путь. Чтобы развить такую подвижность и чувствительность, усам и меху требуется приток крови и нервные окончания. На это и обращали внимание исследователи, чтобы проследить их появление у млекопитающих.

Сканируя ископаемые черепа животных с поздней перми до ранней юры, команда Бенуа изучила пути прохождения нервов в черепе. Тройничный и лицевой нервы связаны с чувствительностью наших лиц, особенно у млекопитающих с усами. Команда обнаружила, что в ключевой момент палеонтологической летописи млекопитающих эти нервы больше не извивались внутри верхней челюсти, а выходили через небольшое отверстие на поверхность кости. То есть сложное разветвление происходило непосредственно под кожей, что вы и видите у современных млекопитающих с усами. Первые подобные изменения наблюдаются у окаменелостей возрастом 240 миллионов лет (средний триас), которые восходят к ветви цинодонтов, включающей млекопитающих и их близких родственников.

Одними нервами все не ограничивается. Еще одно доказательство исходит из удивительной связи между структурой черепа, волосами и выработкой молока. У большинства рептилий и амфибий (и некоторых рыб) в верхней части черепа есть небольшое отверстие, называемое теменным. Эта особенность была присуща нашим общим четвероногим предкам и сохранялась у синапсид на протяжении всей их эволюционной истории. Связанное с шишковидной железой в головном мозге, известной как «теменной глаз», это отверстие, как полагают, регулирует циклы активности животных, определяя уровень освещенности, а также помогает животным в терморегуляции.

Теменное отверстие исчезло у млекопитающих примерно в то же время, когда, по оценкам Бенуа, у них появились усы.

Отсутствие теменного отверстия у млекопитающих связано с геном, который работает во время развития эмбриона. Исследования в области эмбриологии показали, что при мутациях в этом гене, называемом Msx2, последствия довольно показательны. У животных с этой мутацией есть отверстия в черепе точно в том же месте, что и теменное отверстие их предков, а у мышей с мутацией Msx2 выражены проблемы с поддержанием волосяных фолликулов и развитием молочных желез. Тот факт, что эти три признака – теменное отверстие, волосяные фолликулы и молочные