Znakomicie zachowane płuca sprzed 120 milionów lat ogłuszeni naukowcy badający wczesne ptactwo

ALBUQUERQUE, NM - Starożytne narządy rzadko ulegają skamienieniu, więc paleontolodzy byli oszołomieni, gdy znaleźli niewiarygodnie dobrze zachowane szczątki płuca należącego do ptaków z epoki dinozaurów.

Początkowo naukowcy byli podekscytowani opisem okazu Archaeorhynchus spathula, ptak, który żył około 120 milionów lat temu, ponieważ jego skamielina miała doskonale zachowane pióra, w tym unikalny rufiec, którego nie widać u żadnego innego ptaka kredowego, ale jest powszechny u ptaków obecnie.

Bliższa analiza ujawniła jednak, że płuca ptaka również uległy skamieniałościom, co oznacza, że ​​paleontolodzy odkryli najstarsze skamieniałe płuco „pouczające” w historii (więcej o tym później) i najstarsze skamieniałe płuco, jakie kiedykolwiek widziano w skamielinie ptaka. - główny badacz Jingmai O'Connor, profesor z Instytutu Paleontologii Kręgowców i Paleoantropologii Chińskiej Akademii Nauk. [Tiny Dino: Reconstructing Microraptor's Black Feathers]

Sama skamielina pochodzi z wczesnokredowej formacji Jehol Lagerstätte w północno-wschodnich Chinach, ale O'Connor i jej koledzy znaleźli ją w Muzeum Przyrody w Shandong Tianyu w Pingyi, gdzie zagorzały kolekcjoner skamieniałości przechowuje tysiące skamieniałości ptaków, które kupił na dekady.

To jest piąty opisany A. spathula okaz - bezzębny ptak wielkości gołębia - ale zdecydowanie najlepiej zachowany, powiedział O'Connor. Dzieje się tak zwłaszcza z powodu nakrapianego, białego materiału w jamie klatki piersiowej, który wydaje się być skamieniałym płucem.

Odkrycie ujawnia, że ​​struktury płuc u wczesnych ptaków są podobne do płuc współczesnych ptaków - stwierdzili naukowcy. To znaczy że A. spathula prawdopodobnie miał jednokierunkowy przepływ powietrza w płucach - powietrze, które napływało, było w dużej mierze świeże i pełne tlenu, w przeciwieństwie do powietrza w płucach ssaków, które jest mieszane zarówno z nowym, jak i wcześniej oddychanym powietrzem, co oznacza, że ​​ma niższą zawartość tlenu.

„Płuca ptaków bardzo różnią się od naszych płuc i [mają] znacznie bardziej złożone struktury” - powiedział w e-mailu P. Martin Sander, paleontolog z Uniwersytetu w Bonn w Niemczech, który nie brał udziału w badaniach. „Są one czymś w rodzaju rurki workowej, z systemem zarządzania powietrzem (workami powietrznymi) oddzielonymi od wymiennika gazowego (płuca właściwego), który jest tutaj zachowany”.

Żywe krokodyle mają również płuca z jednokierunkowym przepływem powietrza, a paleontolodzy uznali to za przodka wczesnych upierzonych dinozaurów. Ale dowody na taką strukturę płuc u wczesnego ptaka były dotąd nieuchwytne.

Głębokie nurkowanie

Aby lepiej przyjrzeć się rzekomym szczątkom płuc „poszliśmy i pobraliśmy kilka próbek, umieściliśmy je w SEM [skaningowym mikroskopie elektronowym] i - bum - tkance płucnej” - powiedział O'Connor. Ponieważ O'Connor specjalizuje się w anatomii szkieletu (nie narządu), związała się z Johnem Mainą, profesorem zoologii na Uniwersytecie w Johannesburgu w RPA, który jest ekspertem w dziedzinie płuc żywych ptaków.

„Pomyślałem: 'Słuchaj, czy myślisz, że to tkanka płucna? Jeśli myślisz, że tak jest, to żaden z nas paleontologów-kopaczy nie może z tobą dyskutować'” - powiedział O'Connor. Wkład Mainy był tak krytyczny, że stał się współautorem badania.

Analiza tkanki wykazała, że ​​zawiera ona struktury przypominające naczynia włosowate krwi, które pochłaniają tlen, aby wspomagać wysokoenergetyczny lot ptaków. „Lot ptaków jest najbardziej wymagającą fizycznie formą lokomocji, więc potrzebujesz do tego dużo tlenu” - powiedział O'Connor. [Zdjęcia: Ptak z epoki dinozaurów o piórach przypominających wstążkę]

Możliwe, że ta wyjątkowa struktura była unikalna dla Ornithuromorpha, kladu (grupy) starożytnych ptaków, które przetrwały masowe wymieranie około 66 milionów lat temu i obejmują dzisiejsze żyjące ptaki. „Może ta specjalizacja dotyczyła tylko tego kladu i była jednym z wielu czynników, które pozwoliły [ich] przetrwać” - powiedział O'Connor.

Co więcej, wydaje się, że skamieniałe płuco było osadzone w żebrach ptaka, tak jak dziś. W przeciwieństwie do ludzkich płuc, które rozszerzają się z każdym oddechem, ptasie płuca są sztywne, dzięki czemu mogą z łatwością jednocześnie wdychać i wydychać, powiedział O'Connor..

Zauważyła, że ​​tkanka nie jest pozostałością treści żołądka, ponieważ te zwykle zachowują się jako czarna, zwęglona materia organiczna. Co więcej, zachowana tkanka jest sparowana, podobnie jak współczesne płuco. Nie ma innych sparowanych narządów, które mogłyby to być, i prawdopodobnie nie jest to wątroba (która jest klapowana), ponieważ ten organ ma wysoką zawartość żelaza i zwykle zachowuje się jako czerwony, powiedział O'Connor.

Jednak ten okaz nie jest najstarszym odnotowanym płucem. Ten zaszczyt przypada Spinolestes, ssak z wczesnej kredy, który ma skamieniałe płuca o około 5 milionów lat starszy od nowo analizowanego ptaka. Ale te skamieniałości płuc nie zachowały żadnej mikrostruktury i nie dostarczają zbyt wielu informacji Spinolestes, poza tym prawdopodobnie miał muskularną przeponę. Więc O'Connor dzwoni A. spathula skamieniałości „pozostają pierwsze pouczające płuco”, ponieważ rzucają światło na ewolucję ptaków.

Odkrycia płuc są „fajne”, ponieważ pokazują, „jak wyglądało płuco wczesnego ptaka” - powiedział Sander. Jednak, ponieważ tak rzadko można zobaczyć skamieniały organ, potrzeba więcej pracy, aby sprawdzić, czy to płuco, powiedział..

„Powinniśmy zastosować różne inne techniki analityczne, aby potwierdzić, że obszar w skamielinie naprawdę to płuca” - powiedział. „Ale nie zdziwiłbym się, gdyby płuco mogło skamieniać ze względu na wysoką zawartość żelaza, ponieważ płuca są bogate w krew”.

Wyniki badań zostały zaprezentowane wczoraj na 78. dorocznym spotkaniu Towarzystwa Paleontologii Kręgowców (18 października). Zostanie opublikowany w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences w poniedziałek (22 października).

Pierwotnie opublikowano w dniu .