Нижнемеловая формация Ромуальдо в Бразилии известна конкрециями — стяжениями карбоната кальция, внутри которых палеонтологи находят объемные окаменелости с остатками мягких тканей. Сто миллионов лет назад эта территория представляла собой глубокий рифтовый бассейн с бескислородными придонными водами. Долгое время само по себе отсутствие кислорода считалось главным условием сохранности фоссилий, потому что без кислорода нет гниения.
Однако эта теория упускала из виду роль анаэробных бактерий: перерабатывая тушу, они выделяют кислоты и меняют химический фон. Из-за этого минералы из морской воды начинают мгновенно выпадать в осадок, цементируя ткани и кости ящера до того, как они успеют полностью разложиться.
Авторы исследования, опубликованного в журнале iScience, проанализировали именно такую «зацементированную» окаменелость. Образец нашли на северо-западе бассейна Арарипе в Бразилии. Он представляет собой фрагмент левого крыла (полую фалангу), принадлежавший анхангверидному птерозавру. Кость сохранилась внутри известняковой конкреции в объемном 3D-формате, избежав деформации под тяжестью горных пород. До начала этого исследования палеонтологи не очищали фрагмент кислотой, благодаря чему внутри фаланги уцелела нетронутая многослойная минеральная структура и остатки древней органики.
Для поиска древней органики авторы применили метод гидропиролиза. Они стерли образцы в порошок и нагрели их до 520 градусов Цельсия в потоке водорода под давлением 150 атмосфер. Технология позволила отделить ковалентно связанные молекулы стероидов от минеральной матрицы без термического разрушения их углеродного скелета. Состав и соотношение полученных веществ биологи определили на масс-спектрометре.
Распад туши птерозавра остановили бактерии, участвующие в круговороте серы. Они выделили кислоты, которые локально снизили уровень pH вокруг кости. В кислой среде минерал фторапатит быстро осел на коллагеновых волокнах и заместил их. Одновременно избыток сульфатов вступил в реакцию с барием и стронцием, образовав кристаллы барита и целестина прямо внутри фаланги. Снимки с электронного микроскопа показали, что минерализованный коллаген сохранил перекрестный узор. Такая армированная структура укрепляла полые кости ящера и помогала им выдерживать ветровые нагрузки в полете.
Вслед за фосфатизацией полости кости заполнили кристаллы кальцита. Процесс шел в три этапа: сначала микрогранулярный цемент покрыл стенки, затем выросли пластинчатые кристаллы, а в финале центральную часть занял крупный блочный кальцит. Эта многослойная пробка запечатала органику. Внутри кости масс-спектрометр зафиксировал обилие диастеранов — деформированных под действием кислот молекул стеролов. Их высокая концентрация подтвердила наличие суровых условий раннего окаменения, исключив вероятность позднего загрязнения образца.
Анализ органики подтвердил, что внутри кости сохранился холестерин. Масс-спектрометр зафиксировал обилие холестана — стабильной «окаменевшей» формы животного холестерина. На эти молекулы (изомер С27) пришлось 87 процентов всех найденных в кости стероидных биомаркеров. Измерив изотопный состав углерода в этом ископаемом холестерине, ученые получили значение в -19 промилле.
Малый объем образца не позволил провести дополнительные разрушающие тесты, но полученного химического следа оказалось достаточно: такой изотопный маркер характерен для морских хищников высокого трофического уровня, чей рацион состоит преимущественно из рыбы и кальмаров.
Исследование показало, что перепады кислотности и смена окислительно-восстановительных условий при бактериальном разложении туши создают минеральный саркофаг, блокирующий деградацию биополимеров. Этот физико-химический механизм дает биологам инструмент для прямой реконструкции диеты вымерших животных на основе их собственных молекулярных остатков, заменяя косвенные оценки по форме челюстей.