Наука

Палеонтологът Владимир Николов: Песента на титаните (част 4)

Знаете ли колко зъба са имали крокодиломорфите? А колко трудно се търсят динозаври в България и какви са основните методи за изучаване на кости на 83 млн. години? Това ще научим в четвъртата част на невероятната поредица от разкази на палеонтолога Владимир Николов специално за MediaBricks.bg. От първо лице той ни пренася в атмосферата на разкопките в търсене на динозаври по нашите земи. Докторантът от Националния природонаучен музей при БАН ни разказва една история, започнала преди 83 милиона години, която днес български учени вече трета година разкриват край Трън.

В четвъртата част на разказа ви очаква много палеохистология и един неочакван бонус – кристали, растящи в почвата. Разбира се, това не е всичко. Има още един бонус – зъб на крокодиломорф. Днес в „Песента на титаните“ Владо ни разхожда из научните основи за изучаването на цялата екосистема, която е съществувала в България преди милиони години, чрез търсенето на мезозойска гръбначна микрофауна…

Първата част може да прочетете ТУК.

Втората част може да прочетете ТУК.

Третата част  може да прочетете ТУК.

Петата част  може да прочетете ТУК.

Песента на титаните – Част IV

Някъде към обяд е на 13 август 2020, а преди два дни сме ударили фосилния джакпот на палеонтологична стойност от няколко динозавърски кости, плюс скритата в тях древна история. Двете изцяло запазени кости (добре, де… едната почти изцяло), които Марлена и Ралица откриха, са вече почистени, залепени, обезопасени в кутия и чакат в „базовия лагер“ на „операцията“. Много им се радвам и се надявам скоро, по един или друг начин да надниква във вътрешността им и да видя какво имат да разкажат костните тъкани, които ги изграждат.

Вероятно ще бъде изненада, но подобно на широката публика немалък брой палеонтолози не осъзнават каква съкровищница от информация се крие (понякога) вътре в самите кости. Към тях можем да добавим и палеонтолозите, които са наясно с това, но може би са на мнение, че тази информация не им е необходима, за да проведат пълноценно своята работа, което е напълно ОК като аргумент. Наистина не всяка палеонтологична разработка налага събирането на данни от такъв тип. С оглед на тези и други общи положения не е твърде неочаквано, че доскоро никой роден палеонтолог не се и беше замислял да включи палеохистологичните изследвания в научния си инвентар използван за проучване на древните гръбначни животни. Да, изучавайки формата и външните белези на фосилните кости ние можем да разберем адски много за животните, на които принадлежат, но това е само част от цялата история, която можем да научим. Неща като определяне на възрастта на животното към момента на смъртта му, данни за евентуалната му физиология, модела на растеж и пластичността на развитието му (ако такава има), както и присъствието на евентуални патологии могат да бъдат установени единствено чрез данни получени от изследване на микроскопичните особености на костните тъкани.

Всъщност, учените доста рано са се досетили, че тъканите изграждащи костите крият в себе си подобна информация, но дълго време данните, които са събирали са били откъслечни, несистематизирани и без ограничаваща ги научна рамка. До голяма степен това се е дължало не толкова на липсата на технологична база, защото за изучаване на костните тъкани е необходим единствено оптичен микроскоп с поляризирана проводяща светлина, какъвто от почти два века ползват биолози и геолози, колкото достатъчно фосилен материал, който да бъде жертван в името на науката. Да, изследването на костната тъкан на фосилни кости е деструктивен метод и дори само споменаването на намерения за палеохистологично проучване със сигурност е изпълвало с ужас (а базирайки се на скромния си опит – продължава да изпълва) музейните куратори и други специалисти отговарящи за сигурността на фосилните колекции. Колко деструктивен е методът? Ами не унищожава целия фосил, но със сигурност нарушава първичната му цялост по необратим начин – за да се проведе изследването е необходимо да се извади костна „филийка“ напречно на дългата ос на костния ствол, която служи за изготвянето на един или повече микроскопски препарати от типа, който геолозите наричат „дюншлиф“ (на английски му казват просто „thin-section”). Нежеланието да се повреждат ценни фосили е ограничило първите палеохистолози до анализи на крайно фрагментарни костни останки, с немного ясна таксономична принадлежност и ниска научна стойност. В ранните етапи от развитието на едно научно направление и това е нещо. Трупането на данни е можело да започне.

Няма да бъде преувеличено ако кажа, че основите на съвременната палеохистология са поставени от Доналд Енлоу, който през 50-те години на ХХ век публикува поредица от статии върху костната хистология на гръбначните животни в съавторство със Сидни Браун. Енлоу не само използва данните от костната хистология за извършването на сравнителни анализи между различните групи гръбначни животни, но също така илюстрира приложението ѝ за изясняване историята на индивидуалното развитие и биологията на изследваните животни. Последното позволява на палеохистологията да се превърне в един от фронтовете, по който се водят ожесточени дебати свързани с т. нар. „Динозавърски Ренесанс“. „Ренесансът“ протича в периода 1968-1990 и е свързан с тотално преразглеждане на вижданията на палеонтолозите за биологията, физиологията и поведението на динозаврите (както и на връзката им с птиците). Изследователите изследващи костните тъкани на динозаврите забелязали, че като цяло вътрешният строеж на костите им е много по-сходен с този на едрите птици и бозайниците, отколкото на останалите влечуги. Тези наблюдения са използвани в подкрепа на хипотезата, че динозаврите са били топлокръвни (ендотермни) животни, твърдение което въпреки, че подклажда дългогодишни спорове, в крайна сметка довежда до едно по-добро разбиране за костната хистология на фосилните гръбначни животни и процесите, които обуславят нейните особености.

С усъвършенстване на разбиранията ни, натрупването на нови данни, както и все по-големият брой учени поемащи по пътя на палеохистологията, тази научна дисциплина навлиза в своя зрял съвременен етап на развитие. Началото на този своеобразен преход от по-хаотичен и ограничен подход, към организирани и систематични изследвания може да се проследи до началото на 90-те години. По това време палеохистолозите изоставят изучаването на отделни и често твърде фрагментарни фосили. За сметка на това те насочват изследванията си към изучаване и сравнителен анализ на костната хистология на различните кости в скелета, и което е по-важно – проследяват как се изменят особеностите на костните тъкани от раждането до смъртта на индивида. Това позволява да се изчисли скоростта, с която е растял даден динозавър, информация, която отново хвърля светлина върху проблема с термалната физиология на динозаврите. Изведнъж става приемливо фосилите да се режат, стига това действие да допринесе за по-доброто ни разбиране за тези изчезнали животни. Така съвсем естествено се заражда обособяването на отделни палеохистологични школи в различни държави на няколко континента, чието развитие превръща палеохистологията в неизменна част от палеонтологичните изследвания. В последните години започват да навлизат и алтернативни високотехнологични методи за проучване на костните тъкани на фосилните гръбначни, като компютърната томография (micro-CT), които прехвърлят изследванията на едно съвсем ново ниво, позволявайки фосилите да бъдат анализирани без физически да се нарушава целостта им (въпреки, че с тези методи част от информацията криеща се в костите остава недостъпна). Добавете към това и все по-големия стремеж към използване на статистически данни и постепенно добивате представа за съвременното състояние на палеохистологията като наука. Простите сравнения между различните кости и различните видове вече не са крайна цел, а са само необходимата основа за по-нататъшни изследвания.

Много се надявам, че след десетилетия и България ще има изградена ако не палеохистологична школа, то поне палеонтологична общност, която да се възползва пълноценно от информацията предоставяна ни от палеохистологията. Засега това изглежда като пожелателно мислене, но кой знае, може би това, което правим сега, ще ни бутне в правилната посока. Аз лично нямам търпение след няколко месеца да погледна под микроскоп прерези от костите, които събрахме последните дни, за да науча личните тайни на динозавъра скрити добре в тях, и да използвам тази информация, за да отговоря на въпросите, които ни вълнуват – как са живели тези динозаври и защо са такива каквито са? Пак се отплеснах в планове за бъдещето. Нека първо видим какво ни чака днес.

Вчерашният ден като цяло мина доста спокойно и без съществени находки. Лати пое работата по разкопаването на по-едрите парчета от корубата на костенурка, на които попаднах в предходния следобед. Понеже фосилните останки бяха доста крехки и бая натрошени, както вероятно отбелязвам за n-ти път от началото на своя разказ, се наложи да се изработи гипсов калъп.

До късния следобед гипсът беше изсъхнал и останките на костенурката успешно отделени от скалата. Какво точно се е запазило от корубата ще разбере Латинка след известно време, когато успее да отметне дългия си списък със задачи и да се занимае с почистването и възстановяването на находката. Намерили сме достатъчно костенурски фрагменти, които са почистени и вече в процес на описване, че да не го мисля много. Другият гипсов калъп приютил кост от динозавър в себе си, който Рали изработи и след това внимателно премахна от скалния капан, беше подготвен и успешно пренесен до цивилизацията. Естествено, в допълнение към описаното намерихме и малки парчета от черупки на костенурки, но нищо повече. Колкото и да ни се иска, няма как да намираме кости от динозаври нон-стоп.

От днес обаче сме подхванали нова тактика, която се надяваме да ни донесе нови и неочаквани фосилни находки. Пльоснал съм се удобно върху ръба на склона и като робот редувам периодично разтърсване на ситото, което държа в ръцете си, с механично ровичкане из съдържанието му в търсене на нещо. Ако бях застанал надвесен на брега на река или планински поток можеше да си помислите, че търся злато. Но аз не правя това. Всъщност търся фосили, но не такива каквито си представят повечето хора, когато им кажеш, че събираш вкаменелости.

Дори да игнорираме наистина големите животни като повечето динозаври и бозайници, дори фосилите от черупки на миди и охлюви са достатъчно големи, за да ги забележим и съберем без проблеми. Можем да наречем животните оставили ни тези кости и черупки макрофауна. Ако се огледаме около нас обаче ще осъзнаем, че голяма част от организмовото разнообразие е съставена от повече или по-малко дребни, дори микроскопични животни, растения и гъби. Всъщност повечето седиментни скали бъкат с останки от такива форми на живот. Например, доцент Полина Павлишина от Софийския университет определи възрастта на находището благодарение на фосилните останки на спори и полен от растения. Тези фосили могат да бъдат изследвани само и единствено под микроскоп – те са с размери от няколко хилядни до една стотна от милиметъра. С подобни размери са също така и останките от растителен и животински планктон, които учените наречени микропалеонтолози използват за датиране на скали, за изясняване на условията на отлагане на утайките образували изследваните скали, както и за възстановяване на древните климати. Обикновено подобни фосили се откриват в лабораторни условия, след като взети проби от скалите с тегло поне няколко килограма биват раздробени, промити, разтворени и обработени, за да бъдат отделени миниатюрните вкаменелости. Между фосилните останки на тези микроскопични същества и едрите животни, има една друга група фосили, която е от интерес за палеонтолозите изследващи гръбначните животни. Става въпрос за т.нар. микрогръбначна фауна.

Противно на асоциациите породени от представката „микро-„ микрогръбначните животни не са с микроскопични размери. В тази група попадат дребни животинки, като риби, земноводни, влечуги, птици и бозайници. Представете си животни като саламандъра, мишката или пък гекона пълзящ по стената на терасата ви през лятото. Това са животни с размери, които ги правят абсолютно видими за нас, но ако се абстрахирате от този очеваден факт ще се досетите, че отделните им кости или пък зъбите им са си доста дребнички. В някои случаи на границата на това, което може да различиш в скалата, докато работиш на терен и разчитайки единствено на очите си. Та точно фосили от такива животни търся в момента. Мезозойска гръбначна микрофауна.

Вляво от мен е разположена дървена рамка с размери около метър на метър, върху която е опъната метална мрежа, като онези използвани в леглата, които вероятно много от нас помнят от детството си и летата прекарани при баба и дядо. Това подръчно сглобено устройство ни е любезно предоставено от Ники Симов и представлява своеобразно едро сито за целите на нещо, което бих нарекъл „първично пресяване на материала“. Рамката е наклонена под ъгъл от около 45 градуса, като забит в земята клон, който сме отчупили от едно от близките дървета, я подпира от задната ѝ страна. От време на време изгребваме с лопата изровеният от нас седиментен материал и го хвърляме срещу металната мрежа. Дупките са с размери около сантиметър или малко повече, което означава, че едрата фракция не успява да премине през ситото и се натрупва в основата му, а по-фината зад него. Марлена се включва в преглеждането на по-едрия седимент. Там съвсем очаквано намираме дребни черупки от охлюви, както и миди. Изскачат също така и малки парченца от костенуркова черупка. Явно останките са били толкова фрагментарни, че не сме ги забелязали при първоначалното копаене в скалите. Ситото, което държа в ръце е по-фино, и през него пресявам по-дребната фракция събрала се зад металната мрежа. Това е „вторичното пресяване на материала“. Ако има останки от микрогръбначни това е етапът, на който ще почнат да се забелязват оставайки в ситото. Е, някои може и да се промушат през отворите, но фосили с толкова дребни размери вече навлизат в домейна на микропалеонтологията.

Засега не откривам нищо. Не стига, че след определен период от време това става доста досадно, ами и взирането в дребни късчета скала и черупки на охлюви в търсене на нещо конкретно, уморява очите до степен, в която всичко пред погледа почва да се слива и възприема от мозъка като еднообразна маса. Това е последното, което иска човек, когато търси съвсем буквално игла в купа сено. За да изостря отново погледа си отклонявам очи от съдържанието на ситото към обстановката около мен. Забелязвам децата наблизо, които събират черупки на охлюви и миди. О, съвсем забравих – днес имаме специални посетители, които да ни помагат!

Колега ентомолог от музея имаше работа в района на Трън и реши да ни посети заедно със семейството си за някой и друг час. Ние с радост се съгласихме на компанията, а пък и честно казано не бихме отказали още чифт ръце, които да помагат с работата. В случая получихме повече. Първоначално имахме притеснения как ще се справят децата с пресечения терен, който води към находището, но те го приеха като забавно предизвикателство, а пък и нали баща им е учен-зоолог, та не беше като да нямат опит с разходките из природата. Веднъж на място те с готовност влязоха в ролята на палеонтолози и започнаха да търсят фосили. Успяхме да им покажем как изглеждат фрагментите от костенуркова черупка докато са още в скалата, което на тяхната възраст вероятно би ме подлудило от радост, но като че ли те бяха също толкова ентусиазирани от фосилите на мидички, които сами изкопаваха с чуковете, които им дадохме. И то наистина си е за ентусиазъм, ако се замисли човек. Както твърдят някои популяризатори на науката, хората се раждаме учени и изследователи, които чрез опити опознават света около себе си, а колко впечатляващо и вдъхновяващо трябва да е за едно дете да копае останките на морски организми в скали, които в момента се откриват някъде в планината.

Поглеждам отново към седиментите в ситото, но все още не съм готов да се взирам в търсене на почти микроскопични костици. Вместо това се отправям към отсрещния склон и се захващам да събирам кристали. На децата със сигурност ще им хареса. Събирам цяла шепа и ги викам, за да им ги покажа. След възклицанията колко красиви са кристалите, съвсем очаквано започват да валят въпроси свързани с това какво представляват тези кристали и откъде са дошли. Посочвам им повърхностния почвен слой на склона, на който сме седнали, и те веднага забелязват отблясъците породени от слънчевите лъчи пречупващи се от стените на множество разпръснати по земята кристали. Показвам им, че могат спокойно сами да съберат колкото си искат и те бързо се захващат с това ново занимание.

Кристали растящи в почвата. Знаехте ли, че това е възможно? Обикновено свързваме кристалните форми на минералите с геоложки процеси протичащи или дълбоко в земната кора и мантията, или пък такива свързани с хидротермална дейност и изстиваща лава. Всъщност някои видове минерали са в състояние да кристализират при стандартни повърхностни условия. Такъв е случаят със обикновената сол – оставяте съд с морска вода на слънце и след като водата се изпари, на дъното ще откриете кристалните кубчета на минерала халит (химичното съединение натриев хлорид, което познаваме просто като сол). Нещо подобно се случва и на находището, но минералът чиито кристали откриваме тук е гипс. Като химично съединение гипсът представлява калциев сулфат с две молекули вода (CaSO4.2H2O) Няма да влизам в подробности откъде точно идва този елемент в нашия случай, но част от седиментните пластове в находището съдържат сяра. Самите скали са изградени доминиращо от варовито вещество, т.е. от калциев карбонат (CaCO3). Калциевият карбонат е лесно разтворим от дъждовната вода (така се образуват част от карстовите форми), особено ако тя е с малко по-киселинен характер, при което водният разтвор се набогатява на калциеви йони. Същият воден разтвор изнася и сярата под формата на сулфатен йон, като концентрира двата елемента в повърхностния слой на почвата и по самата ѝ повърхност. При изпарението на водата концентрацията на калций и сяра става достатъчно висока, че за да започнат да кристализират гипсови кристали. И това са съвсем съвременни образувания, които вероятно се образуват и в момента, в който ви обяснявам тези процеси. Събирам шепа кристали и за себе си, за да имам какво да раздавам като сувенири на приятели и познати ако ми се наложи.

Колегата е приключил със събирането на насекоми и сега използва професионалния си набор от сита (аз се занимавам със скали и фосили, откъде да знам, че някои ентомолози така събират материал за изследване!), за да търси останки от микрогръбначни. Казва, че всъщност районът е интересен не само заради палеонтологичните открития последните години, но и защото има доста малко данни за насекомното разнообразие. Аха! Значи научният интерес и желанието да ни посети не е само заради динозаврите. Забавно ми е да науча, че пътят към находището му напомня за експедицията до Виетнам, в която е участвал преди няколко години. Изведнъж сравненията на влажния и задушен подлес и на богатия организмов свят с условията в някоя джунгла не изглеждат чак толкова нелепи. Засега той не открива нищо къснокредно, което да е от интерес за нас, но пък през това време съпругата му и децата са намерили 2-3 отмити от дъждовете костни фрагмента. И предходните години сме намирали такива парчетии в близост до находището и е ясно, че са от динозаври. Също като първият открит в района от г-н Андрей Цонков динозавърски фосил, те са твърде непълни, за да кажеш нещо повече за тях. Формата на единия фрагмен според мен е твърде сходна с дисталната част на голяма пищялна кост, направо съм сигурен, че е това, но за мое съжаление подобно твърдение си е чиста проба спекулация, а не научен факт. На този етап подобни находки са дълбоко фрустриращи – супер е, че ги има, но не казват много освен, че тук, на това място се откриват динозаври. Вчерашни новини, така да се каже. Сега са ни необходими подробностите.

Връщам се отново към пресяването на седиментен материал. През ситото са минали вече няколко лопати, преди това съм прегледал поне два пъти и едрата фракция, но все още нищо друго освен някое заблудено костенурско парченце. Намирането на микрогръбначни в находището би било пробив, който е отвъд това, на което сме се надявали първоначално. Едрите животни като динозаврите рисуват само част от картината на древната екосистема съществувала в района преди 83-84 милиона години. По-голямата част от една екосистема са всъщност всички останали живи организми – от различните микроорганизми, през растенията, гъбите и насекомите, та до дребните гръбначни. Последните ни показват какви животни са били в по-долните части или в основата на хранителните пирамиди, както и с какво вероятно са се хранели част от динозаврите. Не само това, но и фосилите на тези животни биха ни дали информация за природната обстановка, климата или пък как са еволюирали и са се разпространявали в региона някои таксономични групи. Микрогръбначните отварят един допълнителен прозорец към света от онова време, който ни учи на неща различни от тези, на които ни учат динозаврите. Предвид това, че ограниченият в географско и времево отношение характер на фосилния запис в Европа не ни предоставя достатъчно гледки към онзи загубен свят, е разбираемо защо таим надежди да открием дребни гръбначни в находището. Едно такова откритие би било съществен успех и поради още една причина. Тази причина е свързана с тафономията или науката за погребването и фосилизацията на организмовите останки. Условията за запазване на един едър до гигантски динозавър, например, са доста по-различни от тези, които са необходими за запазването на останките на дребни животинки или пък за запазването на меки тъкани, като кожа и пера. Например, за да се погребе изцяло един 10-метров алозавър трябва доста голямо количество седимент (утайки), който обикновено е с по-груб характер, т.е. голям размер на частиците, и който трябва да се натрупа за относително кратко време. Натрупването на такъв обем утайки обикновено изисква събитие от типа на изключително силна буря, която да доведе до т.нар. внезапно наводнение. Затова не е изненадващо, че откриваме частично или изцяло запазени скелети на динозаври в природни обстановки, които някога са били част от големи речни системи, които периодично са били наводнявани по време на влажния сезон. Подобни условия на погребване обаче са крайно неподходящи за фосилизацията на малки животни защото техните кости са дребни и крехки, поради което лесно могат да бъдат отмити или разтрошени на прах от камъчетата и песъчливите частици носени от бурните води. Фосилите на дребни животни обикновено се откриват в утаечни скали с по-фин размер на изграждащите ги частици, т.е. в скали образувани в по-спокойни условия, където няма интензивно движение на водните маси. Запазването на меките тъкани пък иска съвсем други физико-химични условия. Поради тези причини ние рядко намираме всички възможни видове фосили на едно място – просто има природни филтри, които отсяват част от тях, оставяйки ни една непълна картина за живота на даденото място. В общия случаи останките на едрите и дребните животни се откриват в различни находища или пък в различни пластове на едно находище, които обаче са образувани в различни природни обстановки. Да видим дали нашето находище няма да е рядко изключение от правилото.

И ето, че най-накрая цялото взиране се отплаща с нещо интересно! Малък зъб, който доста напомня на крокодиломорфските зъби, които бяха открити първата година, и които Лати описа в научна статия публикувана тази пролет. Показвам ѝ находката и според нея наистина е от крокодиломорф. Крокодиломорфите са група архозаврови влечуги, която включва съвременните крокодили и няколко други близки на тях родословни линии, които са изчезнали в края на мезозоя и през неозоя. Откриването на следи от тези животни беше едно от постиженията на първата експедиция в находището, защото дотогава на територията на страната не бяха откривани фосили от мезозойски представители на тази таксономична група. Зъбите са супер находка като за начало. Аз лично продължавам да се надявам да попаднем на зъби от динозаври. Все пак зъбите трябва да са далеч по-многобройни от костите – един динозавър или крокодиломорф оставя след себе си само един скелет, но предвид това, че тези животни не са като бозайниците и сменят зъбите си през целия си живот, един единствен индивид може да произведе стотици зъби. Но зъбът няма да е единствената интересна находка за деня.

Ето, че откривам дребен фрагмент от кост. Парченцето е с дължина само около сантиметър и половина, но е ясно че е част от диафизата (костния ствол) на кост от крайника на някакво гръбначно животно. Съдейки по големината на вкаменената останка допускам, че цялата кост трябва да е с дължина 3-4 сантиметра. Това е два-три пъти по-голям размер от това, което очакваме от микрогръбначните, но пак е обнадеждаващо попадение. Костта е твърде голяма, за да е от някое земноводно или гущерче и вероятно принадлежи на дребничка костенурка, но само по този фрагмент засега е невъзможно да сме сигурни. Естествено в главата ми се върти и чистата спекулация, че е възможно фосилът да идва от някой новоизлюпен динозавър. Мечтите са безплатни все пак, а и кой знае, може би след време ще намерим и такова чудо.

Работата за деня върви към приключване и равносметката е, че пак имаме интересни открития, този път с преобладаващо дребни размери. Засега нямаме доказателства за присъствието на същинска микрогръбначна фауна в находището, но може би откриването ѝ е само въпрос на време. Лати е събрала седиментни проби от всеки скален пласт на мястото, където работим, които ще бъдат пресяти, промити, прегледани и анализирани. Аз съм оптимист, че нещо интересно ще изскочи от там!

Може да подкрепите MediaBricks.bg чрез платформата Patreon Become a Patron!