Морфологические и органические спектроскопические исследования 44

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 5876 (2023) Цитировать эту статью

1122 Доступа

15 Альтметрика

Подробности о метриках

В данном исследовании подробно описывается качество сохранности месторождений янтаря эоцена. В ходе исследований растрескивания балтийского янтаря с использованием синхротронной микрокомпьютерной томографии и сканирующей электронной микроскопии было обнаружено, что кутикула экземпляра листоеда (Crepidodera tertiotertiaria (Alticini: Galerucinae: Chrysomelidae)) исключительно хорошо сохранилась. Спектроскопический анализ с использованием инфракрасной спектроскопии с синхротронным преобразованием Фурье предполагает наличие деградированного \(\upalpha\)-хитина во многих областях кутикулы, а энергодисперсионная спектроскопия подтверждает наличие органических консервантов. Такая замечательная сохранность, вероятно, является результатом нескольких факторов, таких как благоприятные антимикробные и физические защитные свойства балтийского янтаря по сравнению с другими средами отложения, а также быстрое обезвоживание жука на ранних стадиях его тафономического процесса. Мы предоставляем доказательства того, что исследования включений янтаря, хотя они по своей сути разрушительны для окаменелостей, являются недостаточно используемым методом исследования исключительной сохранности в глубоком прошлом.

Включения янтаря (окаменевшей растительной смолы) являются важнейшим источником информации для реконструкции древних экосистем, поскольку они ориентированы на более мелких животных, таких как насекомые, которые в противном случае плохо представлены в осадочных условиях1. Эти включения часто имеют «живую» трехмерную сохранность, предоставляя значительно больше морфологической информации, чем отлитые или сжатые окаменелости2. Это приводит к общей сохранности кутикулы3 (включая структурные цвета4,5), а также внутренних структур мягких тканей беспозвоночных2 в янтаре. В более крупных кусках янтаря можно обнаружить высокоточную сохранность позвоночных животных в экземплярах с меньшим телом6,7 или в частях экземпляров, таких как перья8. Растения3, грибы9 и микробы10 также хорошо представлены в янтаре. Были предприняты попытки определить содержание органических веществ внутри включений янтаря с использованием неинвазивных методов11,12,13, однако их разрешение и возможности ограничены для обеспечения молекулярной идентификации.

Несмотря на большой объем сообщений об исключительной морфологической сохранности, современных исследований, пытающихся извлечь органику из янтаря, очень мало. Защитные и антибиотические свойства янтаря позволяют сохранять органические молекулы лучше, чем любая другая среда14. Как правило, ископаемые материалы, такие как кости, являются пористыми, что делает их уязвимыми для взаимодействия с окружающими осадками и поровыми жидкостями. Если в окаменелостях остались органические компоненты, их количество обычно превосходит неорганический материал в окружающих тканях или вмещающих породах. Эффекты выветривания и диагенеза, а также возможность экзогенного органического материала в качестве загрязняющих веществ затрудняют спектральную интерпретацию15. К счастью, янтарь как консервационная среда представляет собой по сути закрытую систему (за исключением исключительных обстоятельств16), поэтому ожидается, что неорганический и органический вклад отложений будет минимальным. Обнаружение включений янтаря посредством исследования хорошо сохранившихся образцов дает возможность проверить наличие органических веществ в оптимальных условиях сохранности.

Органической молекулой, которая имеет наибольший потенциал сохранения у насекомых, является хитин их экзоскелета17. Хитин \((\text{C}_8 \text{H}_{13} \text{O}_5 \text{N})_n\) представляет собой структурный аминополисахарид на основе глюкозы, который широко распространен в природе и встречается в скелетных структуры многих беспозвоночных, таких как губки18, кораллы19, ракообразные20, паукообразные21, клеточные стенки грибов22 и кутикулы насекомых23. Известны три полиморфные модификации хитина: \(\upalpha\)-хитин, обнаруженный у членистоногих, грибов и губок; \(\upbeta\)-хитин, обнаруженный в моллюсках и диатомовых водорослях; и редкая форма \(\upgamma\)-хитина, обнаруженная в коконах насекомых24,25. В частности, у насекомых хитин помогает укрепить экзоскелет как часть белково-хитинового комплекса в кутикуле и, как ожидается, распадается медленнее по сравнению с другими органическими макромолекулами, такими как ДНК или белки17. Однако хитин нечасто встречается в летописи окаменелостей за последние миллион лет15. Древнейшим из известных ископаемых насекомых хитин (\(\scriptstyle \sim\)25 млн лет назад был жук, найденный в озерных сланцах Энспель-Лагерштетте, Германия26, описанный в 1997 году. С тех пор в литературе было мало заявлений о сохранении хитина для периодов времени после олигоцена для любого животного (заявления включают: \(\scriptstyle \sim\)34 млн лет назад каракатица27, \(\scriptstyle \sim\)200 млн лет яйцо брюхоногих моллюсков капсула28, хитин-белковый комплекс у скорпиона \(\scriptstyle \sim\)310 млн лет назад и \(\scriptstyle \sim\)417 млн ​​лет назад эвриптерид29, \(\scriptstyle \sim\)505 млн лет назад губка30, микроископаемые грибы от 810 до 715 млн лет назад31 ). Хотя в этих исследованиях использовались окаменелости из сланцевых пород, еще меньше заявлений о хитине связано с смолами. В одном исследовании11 удалось использовать рентгеновское комбинационное рассеяние, чтобы найти доказательства наличия полисахаридов, подобных хитину, в кутикуле муравья из эоценового янтаря.