W badaniach, których wyniki ukazały się w czasopiśmie Scientific Reports, uczestniczyła dr Aleksandra Skawina z Instytutu Biologii Ewolucyjnej Wydziału Biologii Uniwersytetu Warszawskiego. Międzynarodowy zespół* zbadał trzy skamieniałe okazy Margaritifera valdensis, słodkowodnego małża z rzędu Unionida, pochodzące z osadów wczesnej kredy (ok. 125 mln lat temu) na wyspie Wight w południowej Anglii.
Przedstawicieli Unionida można spotkać także dziś w Polsce, i to całkiem często, w rzekach i jeziorach. Należą do nich m.in. skójki i szczeżuje.
Jak rozpoznać skrzela po milionach lat?
Twarda muszla ma spore szanse zachować się jako skamieniałość. Ze skrzelami jest zupełnie inaczej. To struktury zbudowane w dużej mierze z miękkich tkanek, które po śmierci zwierzęcia szybko ulegają rozpadowi. Ich skamienienie wymaga więc wyjątkowych warunków.
W przypadku Margaritifera valdensis takie warunki najwyraźniej zaistniały. Małże mogły zostać szybko przykryte osadem, co ograniczyło dostęp tlenu i spowolniło rozkład tkanek. Odkryte okazy zachowały się jako muszle wypełnione skamieniałą zawartością.
Żeby zajrzeć do ich wnętrza, naukowcy zatopili je w żywicy, przecięli i przygotowali bardzo cienkie, polerowane przekroje skamieniałości. Zbadali je m.in. za pomocą różnych typów mikroskopów.
– Przekroje poddaliśmy analizie w mikroskopii świetlnej i cyfrowej oraz elektronowej – z analizą składu pierwiastkowego, a także metodami mineralogicznymi. To pozwoliło zidentyfikować skład chemiczny skamieniałych elementów anatomii – wyjaśnia dr Skawina.
Pod mikroskopem ukazał się regularny, powtarzalny układ, bardzo podobny do budowy skrzeli współczesnych małży.
– To wzbudziło nasz ogromny entuzjazm, bo struktury te przypominały do złudzenia tzw. podpory filamentów skrzeli, obecne w skrzelach współczesnych nam skójek i szczeżuj. To były skamieniałe skrzela! – mówi dr Aleksandra Skawina. I dodaje: – Okazy zachowały się w tak doskonałym stanie, że mogliśmy zaobserwować, iż strukturom skrzeli towarzyszyły zarodki i larwy, a także drobne konkrecje, czyli drobiny mineralne.
Oprócz elementów podtrzymujących skrzela badacze rozpoznali także połączenia między ich blaszkami oraz miejscami pozostałości miękkiej tkanki. W niektórych fragmentach zachowały się również ślady nitkowatych bakterii, które mogły uczestniczyć w fosfatyzacji tkanek i w ten sposób pomóc utrwalić je w skamielinie.
Skamieniały behawior
Ślad bardzo konkretnego momentu życia tych zwierząt – samice miały w skrzelach rozwijające się zarodki i larwy – zachował się w dwóch okazach. Naukowcy mówią tu o „skamieniałym behawiorze”, czyli takim zapisie kopalnym, który pozwala odtworzyć nie tylko budowę organizmu, ale też jego zachowanie. W tym przypadku chodzi o opiekę nad potomstwem i inkubowanie go w skrzelach.
Podobnie jest zresztą u współczesnych małży z rzędu Unionida. Skrzela samic pełnią w okresie rozrodu funkcję komór lęgowych, w których rozwijają się zarodki i larwy.
Dopiero później larwy opuszczają organizm matki i przyczepiają się do ryb, na których przez pewien czas żyją jako pasożyty, zanim rozpoczną samodzielne życie.
Ciekawych informacji dostarczył też trzeci okaz, w którym zarodków ani larw nie znaleziono. Naukowcy brali pod uwagę dwie możliwości: samica mogła już wypuścić potomstwo albo w ogóle nie była w tym czasie w fazie rozrodu.
Więcej przemawiało za drugą wersją. W jej skrzelach pozostało dużo rozproszonych konkrecji mineralnych, które u współczesnych Unionida zanikają po rozmnażaniu.
Także połączenia między blaszkami skrzeli były wyraźnie cieńsze niż u dwóch osobników z potomstwem. U współczesnych małży w czasie inkubacji właśnie te połączenia grubieją, aby podtrzymywać rozwijające się zarodki.
Wapń na dobry start
Z budową pierwszej muszli jest trochę jak z pierwszym mieszkaniem: bez pomocy rodziców ani rusz. Wynika to z faktu, że woda słodka jest mniej przyjazna od morza – ma mniej soli mineralnych. Wsparcie ma bardzo konkretną formę, bo samica dostarcza młodym wapń potrzebny do jej wytworzenia.
– Samica nie tylko chroni dojrzewające larwy w torbach lęgowych, ale także dostarcza im mineralnego budulca, którego brakuje w wodzie słodkiej. Odkrycie to jest najstarszym znanym bezpośrednim dowodem kopalnym opieki nad potomstwem u małżów słodkowodnych. To też najstarsze potwierdzenie mechanizmu dostarczania larwom wapnia do tworzenia ich muszli. Równocześnie, odkrycie z wyspy Wight oznacza, że złożona, charakterystyczna strategia rozrodcza tych małży była ukształtowana już we wczesnej kredzie i z pewnością była kluczową innowacją ewolucyjną, która mogła pomóc tej grupie zasiedlić wody słodkie – wyjaśnia dr Skawina.
Patent z czasów dinozaurów działa do dziś
Unionida okazały się ewolucyjnie niezwykle skuteczną grupą. Dziś należy do niej nawet około tysiąca gatunków żyjących w wodach słodkich na całym świecie.
– Rozwiązanie, które wówczas powstało, dziś nie jest całkowicie takie samo jak 125 milionów lat temu. Przez ten czas zmieniała się na przykład wielkość larw. Małże ciągle dopasowywały się do nowych wyzwań. Ale system jest taki sam – podkreśla dr Skawina.
Przez ostatnie 125 milionów lat zmieniał się klimat, przesuwały się kontynenty, w Ziemię uderzyła planetoida, która zakończyła epokę nieptasich dinozaurów. A mimo to, ewolucyjny patent tych niedocenianych organizmów przetrwał do dziś. Samice Unionida nadal chronią w skrzelach rozwijające się potomstwo i pomagają mu na starcie.
Zapis kopalny opisany w Scientific Reports dostarcza pierwszych dowodów na włączanie konkrecji mineralnych od etapu zarodkowego do formowania muszli u małży Unionida.
Odkrycie, w którym uczestniczyła dr Aleksandra Skawina, stanowi także najwcześniejszy i pierwszy zapis kopalny larw zachowanych wewnątrz małży „inkubujących” potomstwo.
I może nie ostatni. Może otwiera się pole do badań dla paleobiologów. Być może okazy muzealne, gdyby je przebadać nowymi metodami, ujawnią nieznany „behawior” organizmów sprzed milionów lat.
* Zespół tworzyli: Graciela Delvene i Rafael P. Lozano z Museo Geominero, działającego w strukturach hiszpańskiej służby geologicznej, IGME oraz Martin Munt z University of Portsmouth, Wielka Brytania i Aleksandra Skawina z Uniwersytetu Warszawskiego.
