ฟอสซิลสัตว์เลื้อยคลานมัมมี่ที่พบในถ้ำในสหรัฐอเมริกาได้ให้รายละเอียดใหม่เกี่ยวกับวิวัฒนาการของการหายใจบนพื้นดินแห้ง ตัวอย่างนี้เป็นของสายพันธุ์ Captorhinus aguti และมีอายุย้อนกลับไปประมาณ 289 ล้านปีก่อน ตั้งแต่ต้นยุคเพอร์เมียน นักวิจัยได้ตรวจสอบการดูแลรักษาสัตว์ชนิดนี้อย่างดีเยี่ยม ซึ่งรวมถึงผิวหนังสามมิติ กระดูกอ่อนที่แข็งตัว และร่องรอยของโปรตีน
วัสดุนี้ทำให้สามารถสร้างระบบทางเดินหายใจของสัตว์เลื้อยคลานที่มีลักษณะคล้ายจิ้งจกตัวเล็กขึ้นมาใหม่ได้ โครงสร้างนี้เป็นตัวอย่างที่เก่าแก่ที่สุดที่รู้จักของการหายใจแบบใช้ซี่โครงช่วยหายใจในน้ำคร่ำ ซึ่งเป็นกลุ่มที่ครอบคลุมสัตว์เลื้อยคลาน นก สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม และบรรพบุรุษร่วมกันของพวกมัน
การอนุรักษ์ที่ยอดเยี่ยมในถ้ำโอคลาโฮมา
ฟอสซิลดังกล่าวมาจากระบบถ้ำใกล้กับ Richards Spur ในโอคลาโฮมา สถานที่นี้ได้รับการยอมรับจากความหลากหลายของสัตว์มีกระดูกสันหลังบนบกยุคพาลีโอโซอิกตอนบน สภาวะเฉพาะเจาะจง ได้แก่ ไฮโดรคาร์บอนจากปิโตรเลียม น้ำที่มีแร่ธาตุสูง และดินเหนียวละเอียด ทำให้เกิดสภาพแวดล้อมที่เอื้ออำนวยต่อการเกิดมัมมี่
ปัจจัยเหล่านี้ไม่เพียงแต่ช่วยปกป้องกระดูกแต่ยังรวมถึงเนื้อเยื่ออ่อนด้วย ตัวอย่างหนึ่งปรากฏขึ้นในท่าตาย โดยมีแขนข้างหนึ่งพับอยู่ใต้ลำตัว การเก็บรักษาสามมิติทำให้สามารถวิเคราะห์รายละเอียดได้โดยไม่ทำลายวัสดุ
นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้การตรวจเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ด้วยนิวตรอนที่โรงงานแห่งหนึ่งในออสเตรเลีย ภาพถ่ายเผยให้เห็นโครงสร้างเล็กๆ น้อยๆ รอบๆ กระดูก ผิวหนังมีพื้นผิวเป็นสะเก็ดและมีแถบศูนย์กลาง คล้ายกับของกิ้งก่าขุดดินสมัยใหม่บางชนิด
การสร้างระบบหายใจซี่โครงขึ้นมาใหม่
ศึกษาตัวอย่าง Captorhinus aguti จำนวน 3 ตัวอย่างด้วยกัน พวกเขาเผยให้เห็นกระดูกสันอกที่แบ่งส่วน กระดูกซี่โครง และส่วนเชื่อมต่อระหว่างกรงซี่โครงและผ้าคาดไหล่ นับเป็นครั้งแรกที่นักวิจัยสังเกตเห็นความสัมพันธ์เหล่านี้ในสัตว์เลื้อยคลานดึกดำบรรพ์อย่างชัดเจน
การวิเคราะห์ระบุการหายใจโดยการสำลักบริเวณกระดูกซี่โครง ในกรณีนี้กล้ามเนื้อระหว่างซี่โครงจะขยายและบีบอัดช่องอกเพื่อเคลื่อนอากาศเข้าสู่ปอด กลไกนี้แตกต่างจากที่ใช้โดยสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำซึ่งอาศัยการเคลื่อนไหวของปากและผิวหนังมากกว่า
การหายใจตามแนวชายฝั่งช่วยให้การไหลเวียนของอากาศมีประสิทธิภาพมากขึ้น รองรับกิจกรรมในระดับที่สูงขึ้นโดยการดูดซับออกซิเจนและกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ระบบที่พบในฟอสซิลนี้ถูกเสนอให้เป็นสภาวะของบรรพบุรุษสำหรับการหายใจโดยใช้กระดูกซี่โครง ซึ่งพบได้ในสัตว์เลื้อยคลาน นก และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมในปัจจุบัน
- ผิวหนังสามมิติคงไว้รอบลำตัวและลำคอ
- กระดูกอ่อนกลายเป็นแคลเซียมในกระดูกสันอกและซี่โครง
- ร่องรอยของโปรตีนดั้งเดิมในกระดูกและเนื้อเยื่ออ่อน
- โครงสร้างที่เชื่อมต่อกรงซี่โครงเข้ากับผ้าคาดไหล่
- เนื้อเป็นสะเก็ดและมีแถบศูนย์กลางบนผิวหนัง
โปรตีนที่เก็บรักษาไว้นั้นท้าทายความคาดหวังของการกลายเป็นฟอสซิล
นอกจากกายวิภาคของระบบทางเดินหายใจแล้ว ฟอสซิลยังเก็บเศษโปรตีนไว้ด้วย พวกมันมีอายุมากกว่าบันทึกฟอสซิลก่อนหน้านี้เกือบ 100 ล้านปี การตรวจจับมาโดยสเปกโทรสโกปีอินฟราเรดซินโครตรอน
ร่องรอยเหล่านี้ปรากฏในกระดูก กระดูกอ่อน และผิวหนัง การอนุรักษ์ขยายความเข้าใจเกี่ยวกับสิ่งที่สามารถอยู่รอดได้ในบันทึกฟอสซิลตลอดช่วงเวลาอันยาวนาน การค้นพบนี้เปลี่ยนแปลงความคาดหวังเกี่ยวกับเนื้อเยื่ออ่อนในสมัยโบราณ
ความสำคัญต่อการบรรลุผลสำเร็จของชีวิตบนบก
Captorhinus aguti อาศัยอยู่ในกลุ่มน้ำคร่ำกลุ่มแรกๆ ที่สำรวจสภาพแวดล้อมบนบกได้อย่างเต็มที่ สัตว์เลื้อยคลานดึกดำบรรพ์เหล่านี้มีขนาดตั้งแต่ไม่กี่เซนติเมตรไปจนถึงหลายเมตร และแพร่หลายในเวลานั้น
นวัตกรรมการหายใจด้วยกระดูกซี่โครงถือเป็นก้าวสำคัญ ช่วยให้มีวิถีชีวิตที่กระตือรือร้นและแข่งขันได้มากขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำ สัตว์ที่มีระบบนี้สามารถกระจายตัวและกระจายตัวได้ดีขึ้นบนบก
ฟอสซิลดังกล่าวถูกนำไปฝากไว้ที่พิพิธภัณฑ์ Royal Ontario ในโตรอนโต พวกเขายังคงมีอยู่สำหรับการวิจัยในอนาคต งานนี้เกี่ยวข้องกับทีมงานจากสถาบันต่างๆ เช่น มหาวิทยาลัยโตรอนโต ฮาร์วาร์ด และความร่วมมือระหว่างประเทศในการวิเคราะห์ภาพ
รายละเอียดทางเทคนิคของการวิเคราะห์
การสแกนที่มีความละเอียดสูงช่วยวางแผนผังโครงสร้างภายในโดยไม่ทำลายชิ้นงานทดสอบ การตรวจเอกซเรย์นิวตรอนทำให้วัสดุแตกต่างตามคุณสมบัติของอะตอม มิญชวิทยาเสริมข้อมูลการถ่ายภาพ
การสร้างโครงกระดูกใหม่แสดงให้เห็นว่ากรงซี่โครงสัมพันธ์กับไหล่อย่างไร การเชื่อมต่อเหล่านี้เป็นศูนย์กลางในการทำความเข้าใจทั้งด้านการหายใจและการเคลื่อนไหว การศึกษานี้ตีพิมพ์ในวารสาร Nature ในเดือนเมษายน พ.ศ. 2569