Научно-популярный журнал, издается с 1926 года

Как кусали древнейшие зубы

Как кусали древнейшие зубы

Современные палеонтологи не только копаются в земле. Рентгеновская томография и метод, применяющийся инженерами для расчета механических напряжений, позволил установить, как функционировал ротовой аппарат конодонтов – древнейших массовых позвоночных.

Полмиллиарда лет назад наши родственники по типу хордовых животных уже были важным компонентом морских экосистем. Задолго до появления рыб, ихтиозавров и китов на Земле обитали конодонты – небольшие угреподобные существа, добывающими пищу древнейшими зубами (зубы появились раньше всего остального костного скелета!). Эти животные были весьма многочисленны – отложения палеозойской эры богаты остатками этих зубов – конодонтных элементов. Ученые подробно классифицировали эти находки, активно использовали их как «руководящие ископаемые», позволяющие установить, к какому именно геологическому времени относятся те или иные породы. Хотя открыли их еще в 1830-х годах (кстати, первым исследователем конодонтов был один из основателей отечественной палеонтологии Христиан Иванович Пандер), лишь полтора века спустя новые палеонтологические находки позволили установить, кому принадлежали эти структуры. С этих пор словом «конодонты» стали называть самих животных, а зубы – конодонтовыми элементами.

Сами конодонты были небольшими организмами, – длиной в несколько сантиметров, а их зубы совсем микроскопическими – от 0,1 до 1 миллиметра! Их ротовой аппарат принципиально отличался от нашего и состоял из последовательно расположенных в глотке костных структур, вооруженных острыми иглоподобными  зубцами. Однако как именно работали конодонтные элементы – точно не известно. Они не крепились к челюстям, а управляющие ими мускулы были невелики  — все это вроде бы не позволяло развить усилия, достаточного для измельчения добычи.

Чтобы понять, как же работали древнейшие зубы, палеонтологи применили анализ конечных элементов, часто применяемый инженерами для расчета напряжений, возникающих при механических воздействиях. В качестве материала для работы авторы взяли задние парные элементы конодонтов вида Wurmiella excavata, живших в силурийском периоде, представляющие собой слегка изогнутую пластинку, в центре которой находился крупный (относительно – его длина составляла 0,18 мм) зубец, а в обе стороны от него расходились более мелкие зубчики. Рентгеновская томография позволила авторам составить трехмерную компьютерную модель «зубов», на которой они рассчитали нагрузки, возникающие при движении зубов. В сочетании с данными по износу отдельных зубчиков это позволило авторам понять, что же позволяло маленьким конодонтам эффективно питаться.

Как оказалось, все дело – в уникальной остроте зубцов. Угол в вершине зубца был менее 15 градусов, а ширина острия составляла всего 2 микрометра. Расчеты показали, что это позволяло им даже умеренную силу, которую могли развить их небольшие жевательные мускулы, преобразовать в значительное давление, которое позволяло эффективно измельчать пищу.

Как же именно действовали конодонтные элементы? Авторы работы сделали небольшой видеоролик, который лучше всяких описаний показывает работу древнейших зубов:

Но такое сильное давление должно сказываться и на самих зубцах. Проще говоря, от рабочих напряжений они должны были ломаться. Но, по-видимому, конодонты были способны восстанавливать «сломанные зубы». Кроме того, тот же анализ конечных элементов позволил выявить еще одну адаптацию. Конодонтные элементы у большинства видов состояли из двух типов твердых тканей – напоминающей нашу зубную эмаль ламеллярной ткани и так называемого «белого вещества», известного только у конодонтов. Обе они содержали в качестве минерального компонента кристаллы гидроксиапатита, но различались их упаковкой.

Компьютерный анализ, результаты которого изложены в еще одной статье тех же авторов, показал, что конодонтные элементы, содержащие белое вещество, при воздействии на них «рабочих давлений», были гораздо прочнее – и, соответственно, ломались реже. А если и ломались, то излом был чистым, что должно было облегчать их восстановление.

В конце обеих работ авторы выражают надежду, что более подробное исследование свойств ротового аппарата разнообразных конодонтов позволит уточнить их диету и экологию, а отсюда – лучше понять структуру пищевых цепей древних океанов на протяжении от кембрия до триаса – именно столько просуществовали обладатели древнейших зубов.

Работы опубликованы в журнале Proceedings of the Royal Society B
и Biology Letters.

Материал к публикации подготовил Сергей Лысенков

Reset password

Recover your password
A password will be e-mailed to you.
Back to
Закрыть панель