Глава четвёртая Кости и зубы под микроскопом

Может показаться весьма невероятным, но самым важным рабочим инструментом для большинства палеонтологов, помимо молотка, является микроскоп. Значительная часть людей, изучающих доисторическое биологическое разнообразие, работает в интересах нефтедобывающей промышленности, исследуя мельчайшую пыльцу ископаемых растений или ископаемых фораминифер; последние являются представителями группы одноклеточных организмов, важной для установления стратиграфической корреляции между геологическими подразделениями. Палеонтологам микроскоп позволяет также изучать микроструктуру тканей ископаемых организмов, в особенности кость, которая стала важным предметом исследований, имеющих отношение к изучению индивидуального развития у вымерших таксонов. Изучение живых тканей, или гистология, является обширным полем деятельности, и многое в ней касается идентификации патологий, например, важная диагностическая процедура при исследовании рака. Сравнительные исследования тканей различных организмов, бывших предметом изучения на протяжении столетий, стали возможными благодаря технологическому прогрессу в изготовлении тонких срезов нежных и зачастую мелких комплексных структур различной консистенции и формы. Самые первые работы с тканями на микроскопическом уровне осуществил швейцарец Вильгельм Гис (1831–1904), уроженец Базеля. Он изобрёл микротом, механическое устройство, состоящее из хитроумно расположенного лезвия, которое использовалось для того, чтобы делать тонкие срезы тканей для микроскопического исследования. Благодаря этой новой технологической разработке ему удалось проследить происхождение различных типов тканей животных на эмбриональной стадии. Насколько я знаю, Гис не изучал микроструктуру ископаемых костей; он скорее интересовался эмбрионами и мягкими тканями, например, делая открытия, которые дали ему повод использовать термин «дендриты» для проводящих отростков нервных клеток. Гистологические срезы с использованием преимущественно того же самого метода, который применял Гис примерно 150 лет назад, в настоящее время используются при изучении эмбрионов ныне живущих видов, которые, учитывая их размер, представляют собой очень сложный объект для изучения методом анатомирования.[38]

С достаточно давних пор палеонтологи поняли, что тонкие срезы могут показать важные анатомические детали ископаемых остатков. Британский специалист по ископаемым рыбам Уильям Джонсон Соллас (1849–1936), профессор геологии из Оксфорда, и его дочь Игерна стали пионерами в этих исследованиях, когда в 1903 году издали работу о девонской рыбе с неясными родственными связями. Совершённый ими технический прорыв состоял в последовательном стачивании образца, создании рисунков появившихся при этом сечений и переводе их в восковую модель, увеличенную по сравнению с оригиналом. Соллас вначале создал модели ископаемых змеехвосток (офиурид) и граптолитов, группы вымерших беспозвоночных, родственных баланоглоссу, которые были выставлены в Британской научной ассоциации в 1901 году.[39] Соллас сделал модели многих окаменелостей, но похоже, что сохранились лишь немногие из них. Позже метод Солласа был мастерски использован школой шведских специалистов в области сравнительной анатомии. Но изготовление восковых моделей отнимает чрезвычайно много времени. Например, известная восковая модель головы Eusthenopteron, животного, важного звена в переходе между рыбами и наземными позвоночными, отняла пятнадцать лет времени у двух техников на её изготовление. В наше время цифровая камера и правильно подобранные оборудование и программное обеспечение могут сделать ту же самую работу в течение нескольких дней. Это технический прогресс огромного масштаба.

Следующий крупный технологический шаг вперёд был представлен в работе 1970 года французскими исследователями Сесиль Поплен и Арманом Ж. де Рикле, которые изобрели метод получения срезов ископаемых образцов с помощью микротома. Они подбирали технику разделения окаменелостей на срезы, которые можно было бы разместить на стекле, как при стандартных гистологических методах. Это были вовсе не тривиальные сложности, поскольку у окаменелостей твёрдая ткань пористая, хрупкая, ломкая, более гетерогенная по составу и менее эластичная при нагрузках, чем кость современных животных. При пропитке ископаемых костей смолами в вакууме и под давлением каждый срез становится более устойчивым. Химический состав ископаемой кости также отличается от её состава у ныне живущих таксонов. Получившиеся в результате срезы сохраняют очертания различных структур, имеющихся в окаменелости. Следовательно, даже если химический состав изменился или исходные компоненты были замещены, границы между ними сохранились. Эта техника использования микротома была первым шагом к замене метода последовательного стачивания, которому приносится в жертву исходная окаменелость. Новейшая техника визуализации внутренней структуры окаменелости не требует получения срезов. С помощью мощной компьютерной томографии с высоким разрешением теперь возможно изучить детали микроанатомии, даже не разрезая окаменелость.