Микротомография на службе палеонтологии

Сегодня уже невозможно представить без томографии современную медицину. Но видеть то, что скрыто от глаз, нужно не только медикам. Микротомографию используют физики и микроэлектронщики, геологи и палеонтологи.

О месте микротомографии в современной палеонтологии рассказал корреспондентам Infox.ru старший научный сотрудник Палеонтологического института РАН им. А.А. Борисяка кандидат биологических наук Алексей Пахневич: «На микротомографе мы изучаем внутреннее строение объектов. Это необходимо, чтобы понять, к какому роду и виду относится данное ископаемое животное или растение. Метод дает возможность увидеть и тонкую внутреннюю структуру объекта, например древесины или раковины. По деталям строения можно сделать вывод об особенностях развития и образе жизни древних организмов».

Чтобы изучить ископаемый объект изнутри, до появления микротомографии нужно было его разрушить. Например, с раковины брахипод исследователь делал тонкие срезы-шлифы и, сопоставляя внутреннюю структуру на серии срезов, строил ее объемное изображение. Для изучения микроструктуры можно использовать электронный микроскоп, но для этого надо изготовить образец с напылением и изучать поверхность. Микротомография позволяет увидеть объект изнутри, сохраняя его в целости, а это особенно важно для редких находок.

В микротомографе образец сканируется путем облучения рентгеновскими лучами, причем под любым заданным углом, что позволяет увидеть объект с разных сторон. Затем программа делает виртуальные срезы, то есть с шагом в несколько микронов проходит сквозь объект. И наконец, строит трехмерное изображение ископаемого снаружи и изнутри, включая скрытые от глаз детали внутреннего строения.

Сам Алексей Пахневич занимается брахиоподами. Это морские организмы, господствовавшие в палеозое, когда они местами сплошь покрывали морское дно. В то время они исчислялись тысячами видов. Но после великого кризиса на рубеже перми и триаса количество видов брахиоподов уменьшилось вдвое, а после следующего великого вымирания, на рубеже мела и палеогена, они отступили на вторые роли, уступив место двустворчатым моллюскам. Однако небольшое их количество, около 400 видов, живут и сегодня, например, один вид входит в состав беломорской фауны.

Брахиоподы внешне очень похожи на двустворчатых моллюсков: у них тоже две створки раковины. Но брахиоподы не моллюски! Их тело закрыто створками раковины не с боков, как у двустворчатых моллюсков, а со спинной и брюшной сторон. Внутри раковины расположены своеобразные руки — ловчий аппарат, покрытый мельчайшими щупальцами. Брахиоподы прикрепляются ко дну и фильтруют щупальцами воду, питаясь органикой. По-русски их называют плеченогими, хотя специалисты, по словам Алексея Пахневича, не любят это название.

На экране компьютера крутится изображение брахиопода, и можно разглядеть «ручной аппарат». «Этот хорошо сохранившийся экземпляр. Мы называем его «голотип», то есть типовой образец вида, — объясняет исследователь. — С ним сравнивают все остальные находки, поэтому голотип должен храниться невредимым. Но можно сделать с него микротомограмму».

Другие часто используемые для микротомографии объекты — аммониты — головоногие моллюски, жившие в палеозое и мезозое. Спиральную многокамерную наружную раковину сохранили современные родственники аммонитов наутилусы, а другие головоногие, например кальмары, осьминоги и каракатицы, раковину утратили. Детали строения камер раковины и соединяющего их канала-сифона — важные признаки для классификации аммонитов. А те или иные виды аммонитов служат маркерами геологических слоев. Это так называемые руководящие ископаемые.

С помощью микротомографа палеонтологи исследуют как целые раковины или кости, так и их микроскопическое строение. Он дает информацию о пористости объекта и минеральном составе окаменелости.

Микротомография помогает изучать и янтарь, в частности попавших в янтарь насекомых. Для них это ловушка, а для ученых — созданный природой метод сохранения древних организмов.

Большой интерес вызывают микрообъекты. Недавно ученые из ПИН РАН под руководством академика Розанова, используя микротомограф, исследовали в фосфоритах возрастом 2 млрд лет окаменевшие одноклеточные ископаемые водоросли. Их клеточные стенки замещены минералами и хорошо видны на микротомограмме. Так получилась объемная «фотография» микроорганизмов, живших 2 млрд лет тому назад.

Уже сейчас возможности микротомографии в палеонтологии велики. А в будущем, ученые смогут воссоздать трехмерный микромир далекого прошлого — мельчайших ископаемых бактерий. Это поможет в изучении не только Земли, но и других планет Солнечной системы. Например, того же Марса, где уже сейчас исследователи ищут следы железобактерий, а также пытаются изучать аналоги марсианских пород на Земле с помощью микротомографа.

На фото - срез раковины брахиоподы в облицовке московского метро. Виден ручной аппарат. Этот срез, хоть и раскрывает внутреннее строение окаменелости, к микротомографии отношения не имеет.