Kamieniołom Owadów-Brzezinki to jedno z najcenniejszych stanowisk paleontologicznych w Europie Środkowej. W czasach dinozaurów obszar ten znajdował się na dnie rozległego, płytkiego morza, które rozciągało się od dzisiejszych Gór Świętokrzyskich aż po Sudety i stanowiło część tzw. Basenu Polskiego. W jego spokojnych, ciepłych lagunach przez miliony lat tworzyły się wapienie, w których dziś odkrywane są perfekcyjnie zachowane skamieniałości.
Naukowcy z UW i PIG, w tym dr Daniel Tyborowski i Weronika Wierny – od ponad dekady prowadzą w Owadowie-Brzezinkach badania szczątków organizmów morskich o wyjątkowym stanie zachowania.
Wśród odkryć znajdują się jedne z największych na świecie kolekcji jurajskich skrzypłoczy, a także liczne ryby promieniopłetwe, żółwie, ichtiozaury i krokodylomorfy. Niektóre z tych znalezisk okazały się tak unikalne, że reprezentują gatunki dotąd nieznane nauce.
Owadów-Brzezinki często porównywany jest do słynnych stanowisk w niemieckim Solnhofen czy francuskim Cerin.
– Podobieństwo polega na zbliżonym wieku geologicznym (późna jura, około 150 milionów lat) oraz środowisku, w którym tworzyły się zasobne w skamieniałości skały. We wszystkich tych miejscach występują jasne, kremowe i żółte, wapienie litograficzne. Wapienie te powstawały w płytkich, ciepłych lagunach pokrywających Europę w późnej jurze – tłumaczy dr Daniel Tyborowski.
Twardy orzech do zgryzienia… sprzed 148 milionów lat
Skamieniałości ryb promieniopłetwych z późnej jury są w Polsce rzadkością (choć to właśnie ta gromada stanowi ponad 90–95% dzisiejszych gatunków ryb).Tym bardziej wyjątkowe jest odkrycie ze wspomnianego kamieniołomu.
Do znanych już skamieniałości dołączyła ryba z rodziny Pycnodontidae, grupy twardożernych drapieżników. Ich zaokrąglone, mocno zmineralizowane zęby służyły do miażdżenia muszli i pancerzy małży czy skrzypłoczy.
– Grupa ta pojawiła się na początku ery dinozaurów w okresie triasowym (240 mln lat temu), a wymarła pod koniec eocenu (około 35 mln lat temu). Szczyt różnorodności biologicznej ryby te osiągnęły właśnie pod koniec jury (między 160 a 145 mln lat temu), kiedy to były ważnym komponentem lagunowych i rafowych ekosystemów morskich – opowiada dr Daniel Tyborowski.
Znalezisko z Owadowa-Brzezinek ujawnia nowe fakty o ewolucji tych wymarłych zwierząt – tylne zęby jurajskiej ryby były większe i twardsze niż przednie, co podważa dotychczasowe przekonanie, że pyknodonty miażdżyły pokarm wyłącznie przednią częścią szczęki.
– Wyjątkowość odkrycia polega także na tym, że jest to pierwsze znalezisko ryby z grupy pyknodontów w tym stanowisku paleontologicznym i zarazem pierwszy jurajski pyknodont odkryty na terenie Polski! – tłumaczy badacz.
Zajrzeć w przeszłość promieniami rentgena
Jak dowiedzieć się, jak wyglądało wnętrze zębów ryby sprzed 148 milionów lat? Naukowcy sięgnęli po mikrotomografię komputerową (µCT) – nowoczesną technikę, która pozwala zajrzeć w głąb skamieniałości bez ich uszkadzania. Polega ona na analizie tego, jak promieniowanie rentgenowskie przenika przez różne materiały, w tym tkanki kostne i zęby. Możliwe jest uzyskanie trójwymiarowego obrazu o bardzo wysokiej rozdzielczości, pokazującego nawet mikroskopijne struktury wewnątrz zębów zachowanych w skale.
Badano fragment górnej szczęki z pięcioma rzędami płaskich, szerokich zębów przypominających ziarna żwiru. Ma zaledwie 15 milimetrów długości, ale dostarcza zaskakująco dużo informacji. Zęby układają się w regularne szeregi i stopniowo rosną ku tyłowi szczęki: przednie są mniejsze i częściowo starte, tylne – większe i mocniej zmineralizowane.
Obraz 3D, trójwymiarowy model, stworzony z setek tysięcy rentgenowskich zdjęć, pozwolił odtworzyć budowę poszczególnych tkanek z niezwykłą precyzją. Zdjęcie wykonano przy rozdzielczości 7,4 mikrometra na piksel, co pozwoliło zobaczyć strukturę zębów w skali mniejszej niż średnica ludzkiego włosa.
– Badania mikrotomograficzne pozwoliły dokładnie określić budowę zębów na poziomie poszczególnych tkanek. Umożliwiły także określenie gęstości poszczególnych zębów i jej zmian na długości aparatu szczękowego. Badania tomograficzne bardziej kompletnych okazów są tu niezbędne w poznaniu anatomii funkcjonalnej tej niezwykle interesującej grupy wymarłych ryb – wyjaśnia dr Tyborowski.
Okazało się, że zęby zawierały petrodentynę – bardzo twardą, silnie zmineralizowaną tkankę przypominającą szkliwo. Podobny materiał występuje dziś u ryb dwudysznych (oddychają zarówno skrzelami, jak i prymitywnymi płucami), które – jak dawne pyknodonty – potrafią kruszyć muszle i pancerze swoich ofiar.
Co więcej, mikrotomografia ujawniła w strukturze petrodentyny subtelne linie wzrostowe – ślady stopniowego odkładania się tej twardej tkanki w trakcie życia ryby. To niezwykle rzadkie znalezisko pozwala badaczom odtworzyć tempo wzrostu i zużycia zębów u jurajskich drapieżników.
Istotne jest także, że tylna część szczęki jurajskiej ryby była gęstsza i bardziej odporna na nacisk niż przednia, co wskazuje, że to właśnie nią rozgryzała najtwardsze fragmenty pożywienia. A tych w jurajskim morzu nie brakowało.
– W kamieniołomie Owadów-Brzezinki występuje ogromne bogactwo oskorupionych bezkręgowców, np. małżów, skorupiaków czy skrzypłoczy. Z pewnością pyknodonty korzystały z takiej obfitości pożywienia. Wiemy, że polowały na bezkręgowce, a potem same padały ofiarą większych drapieżników, takich jak wielkie ryby drapieżne czy ichtiozaury – opowiada naukowiec.
Rybia biomechanika i ewolucyjny spryt
Zaskakujące może się wydawać, że już w jurze niektóre ryby wykształciły tak skomplikowany aparat szczękowy. Badania wykazały, że pyknodonty nie posiadały jednolitego uzębienia – jego kształt i twardość zależały od pełnionej funkcji.
Przednie zęby służyły do chwytania ofiary, tylne – do miażdżenia. To zjawisko, zwane funkcjonalną heterodoncją, znane jest dziś u wielu współczesnych gatunków, ale w świecie jurajskich ryb nie było dotąd potwierdzone.
U pyknodontów z terenów dzisiejszych Niemiec wcześniejsze badania wskazywały na większą gęstość zębów w przedniej części szczęki, natomiast u analizowanego okazu z Polski najtwardsze okazały się zęby tylne – to nimi ryba rozdrabniała pokarm.
Ma to logiczne uzasadnienie: u większości przedstawicieli tej grupy obserwuje się stopniowy wzrost rozmiaru zębów w kierunku gardzieli. W efekcie cały aparat żujący działał jak precyzyjny system rozdrabniania – z wyraźnym podziałem zadań między przód a tył szczęki.
– Budowa tkankowa zębów pyknodontów jasno pokazuje, że ryby te żywiły się twardą zdobyczą. Ich głównymi ofiarami były małże, ramienionogi i skorupiaki. Zwierzęta, które odżywiają się tego typu twardym pokarmem nazywane są durofagami. Proces ich odżywiania był analogiczny do miażdżenia w moździerzu. Zęby pyknodontów działały jak żarna, które rozgniatały i rozcierały twarde skorupy na drobną miazgę – tłumaczy dr Tyborowski.
Dzięki analizie mikrotomograficznej polskiego okazu udało się więc udowodnić, że część ryb z ery dinozaurów miała znacznie bardziej złożony system „żucia”, niż wcześniej przypuszczano. Były nie tylko drapieżnikami, ale i prawdziwymi inżynierami ewolucji – zdolnymi do przetwarzania zróżnicowanego pożywienia.
– Jest to bardzo nietypowy sposób rozdrabniania pokarmu. Aby go dobrze zrozumieć potrzebne są kolejne badania z użyciem tomografii komputerowej. Na ten moment mamy jedynie nasze badania uzębienia podniebiennego pyknodonta z Polski oraz badania naszych kolegów z Uniwersytetu w Wiedniu nad zębami z dolnej szczęki tych ryb. Obecnie znamy wiele gatunków ryb, które zajmują podobne nisze ekologiczne, co pyknodonty w mezozoiku, ale czy sposób „żucia” jest taki sam u wszystkich tych form na razie pozostaje zagadką – dodaje badacz.
Znaczenie odkrycia
Badania zespołu z Uniwersytetu Warszawskiego i Państwowego Instytutu Geologicznego pokazują, jak precyzyjnie ewolucja potrafiła przystosowywać pradawne organizmy do wyjątkowo wymagającej diety. Wykorzystanie mikrotomografii rentgenowskiej otworzyło nowe możliwości w paleontologii – umożliwia badanie wewnętrznej budowy skamieniałości bez konieczności ich naruszania.
Odkrycie petrodentyny i zróżnicowanego uzębienia pyknodontów to ważny krok w rekonstrukcji ekosystemów sprzed milionów lat – świata, w którym ryby o żelaznych szczękach rywalizowały z gadami morskimi (np. pliozaurami) o przetrwanie.
To jedno z nielicznych znalezisk, które rozszerzają zasięg pyknodontów w Europie i pozwalają lepiej zrozumieć ich rolę w lagunowych ekosystemach późnej jury.
Opisany okaz pyknodonta, oznaczony numerem katalogowym ZPAL V/OB/1964, przechowywany jest w zbiorach Instytutu Paleobiologii PAN im. Romana Kozłowskiego w Warszawie (ul. Twarda 51/55). Część skamieniałości z Owadowa-Brzezinek można także obejrzeć w Muzeum Ewolucji PAN w Pałacu Kultury i Nauki.
