Превращение начинается...

Палеонтологи не то чтобы часто, однако находят окаменевшие мягкие ткани животных. Как же они превращаются в камень? Ведь из общих соображений следует, что полностью органические ткани должны разложиться и исчезнуть практически без следа, в отличие, например, от костей, состоящих главным образом из минерального вещества. Причин тут несколько. Во-первых, после гибели организма в клетках включаются процессы автолиза — ферментативного разрушения биомолекул. Во-вторых, в этом процессе активно участвует кислород, окисляя все, что не разрушат ферменты. В-третьих, имеется немало желающих употребить органику в пищу.

Первые два процесса могут быть подавлены, если доступ кислорода к останкам затруднен: тогда не будет ни лизиса, ни окисления. А третий фактор, как ни удивительно, может стать помощником палеонтологов. Во всяком случае, это следует из опытов, которые провела международная группа исследователей во главе с Джеймсом Валентайном из Калифорнийского университета в Беркли («Proceedings of the National Academy of Science», 2008, 105, 49, 19360—19365; doi: 10.1073/pnas.0810106105). Они работали с зародышами австралийских морских ежей Heliocidaris erythrogramma: во-первых, те бывают весьма крупными, диаметром около миллиметра даже на этапе двух клеток, а во-вторых, окаменевшие зародыши древних ежей встречаются довольно часто.

Для начала иссоедователи обработали зародыши средством против лизиса — бета-меркаптоэтанолом, который создавал восстановительную среду, и антибиотиком. Образцы, помещенные после этого в морскую воду, никак не менялись (фото 1; надписи на фото: fe – оболочка яйца, сс – плотная цитоплазма оболочки, iс –внутренняя цитоплазма с липидными пузырьками). Таким образом было доказано, что без бактерий минерализация не пойдет. В следующей серии опытов лизису не стали мешать, и клетки за несколько часов предсказуемо утратили все свои структуры (фото 2). В третьем же опыте защищенные от лизиса зародыши поместили в морскую воду. Практически сразу на них стали селиться бактерии, видовой состав которых зависел от того, был кислород в воде или нет. Результат же от вида бактерий не зависел: все они создавали бактериальные маты, которые замещали съеденную органику. Эти маты состоят из клеток бактерий и полисахаридной ваты, соединяющей их вместе. Маты сначала покрывали поверхность яйца, затем бактерии проникали внутрь клеток и заполняли их тем же полисахаридным «войлоком» (фото 3). При этом морфология клеток сохранялась в мельчайших деталях, даже липидные пузырьки, содержавшиеся в исходной цитоплазме (фото 4), можно было различить (фото 5). А дальше начиналась собственно минерализация: маты замещал карбонат или фосфат кальция, в зависимости от кислотности воды. Причиной образования минерального вещества на месте органического считается выделение ионов из межклеточных биополимеров при их разложении. Во всяком случае, через несколько дней после начала процесса у некоторых бактерий в составе матов появлялись различимые в микроскоп панцири из белых кристаллов нанометрового размера. Поскольку получившиеся структуры весьма напоминают те, что видят палеонтологи в окаменевших зародышах морских ежей, исследователи сделали вывод: найденный ими механизм действительно работает и позволяет сохранить в веках точный отпечаток древних клеток.