Компьютерную томографию пяти фрагментов челюстей шерстистых носорогов, обитавших на территории Южной Сибири в эпоху плейстоцена, провели ученые Лаборатории ядерной и инновационной медицины Физического факультета Новосибирского государственного университета. Высококачественные трехмерные изображения ценных находок позволяет палеонтологам понять, как происходила смена зубов у этих древних животных, и сравнить полученные данные на современных носорогов, находящихся под угрозой исчезновения. Томографические исследования дают ученым ценную информацию о палеонтологических образцах, получить которую невозможно с применением других методов исследования. Изображение объекта сканируется в трех проекциях. Его можно поворачивать, отдалять, приближать, раскладывать на фрагменты.
— Исследуемые палеонтологические образцы интересны тем, что они представляют собой фрагменты челюстей не взрослых особей, а детенышей, предположительный возраст которых составляет от 3,5 до 5 лет и, возможно, немного старше. Именно в этом возрасте у детенышей шерстистых носорогов происходила смена молочных зубов на постоянные. Процесс этот длительный, и нам интересно узнать, как именно он происходил. Узнать, в какой степени у животных, от которых произошли изучаемые нами образцы, были сформированы постоянные зубы возможно, только заглянув внутрь челюсти. Существует только два варианта сделать это. Первый — разобрать фрагмент челюсти механически и посмотреть, как он устроен внутри. Но для палеонтологических образцов это крайне нежелательно, поскольку их цельность будет нарушена, а сам образец, представляющий научную ценность, — утрачен. Второй вариант — провести КТ-сканирование образцов, изучить полученные изображения и получить необходимую информацию, не разрушая образцов. Поэтому мы выбрали именно второй путь. Благодаря ему мы попытаемся понять, в каком возрасте погибла каждая особь, соотнести полученные данные с теми, которые характерны для современных носорогов. Таким способом мы сможем установить, было ли развитие шерстистых носорогов сходным с развитием современных носорогов, или между ними имелись какие-либо различия, — рассказал старший научный сотрудник Лаборатории литогеодинамики осадочных бассейнов Института геологии и минералогии им. В.С. Соболева Дмитрий Маликов.
Сохранение целостности образцов в данном случае особенно важно. Если костные остатки взрослых особей шерстистых носорогов встречаются сравнительно часто, находки аналогичных образцов детенышей очень редки. Их кости гораздо более хрупкие, чем кости взрослых животных, что напрямую влияет на их сохранность. На исследование было предоставлено пять одонтологических образцов — четыре крупных фрагмента челюстей и одна нижняя челюсть, сохранившаяся почти полностью. На одних образцах присутствуют только молочные зубы — очевидно, они принадлежат особям, не достигшим возраста смены зубов. На других визуально наблюдаются частично прорезавшиеся постоянные и частично стертые молочные зубы. На одном из них видно, как постоянный зуб почти выдавил молочный. В наиболее полной челюсти можно рассмотреть, как разрывалась костная ткань, чтобы вышел сформированный постоянный коренной зуб. Данный процесс в меньшей степени заметен и на других образцах.
— На изображениях, полученных методом компьютерной томографии, мы сможем увидеть формирование постоянных зубов и вытеснение молочных внутри тела челюсти. Это позволит гораздо более точно оценить, в какой последовательности происходили данные процессы, что даст нам возможность соотнести их с протеканием аналогичных процессов у ныне живущих носорогов. Таким образом мы сможем оценить размеры постоянных зубов, которые еще не прорезались, и узнать, насколько детеныши шерстистых носорогов могли отличаться по размерам не только от взрослых особей, но и от других детенышей схожих возрастов, — пояснил Дмитрий Маликов.
Геологический возраст исследуемых образцов варьируется значительным временным промежутком — от 120 до 15 тысяч лет назад. Они были обнаружены на юге Красноярского края, в Алтайском крае и Иркутской области.Эти находки и стали основой для исследовательской работы Дмитрия Маликова и его коллеги палеонтолога, кандидата географических наук, научного сотрудника лаборатории геологии мезозоя и кайнозоя Института земной коры СО РАН Алексея Клементьева, который предоставил несколько образцов для КТ-исследования.
Примечателен образец, найденный в русле ручья Лихачев недалеко от села Усть-Козлуха Краснощековского района Алтайского края в июне 2021 года.
— В результате целого ряда исследований было установлено, что возрастные стадии шерстистого носорога близки таковым у современных белых и черных носорогов, что позволяет определить индивидуальный возраст для ископаемых остатков. И зубы у них прорезаются в одной и той же последовательности и приблизительно в те же сроки. Из этого был сделан вывод, что данной особи на момент гибели было 3 года. Примерно в этом возрасте у современных носорогов происходит разлучение с матерью при рождении ею следующего потомства. Вероятно, этот детеныш носорога оказался не готов к самостоятельной жизни. Возможно, молодому животному не хватило опыта, чтобы пережить свою первую самостоятельную зиму, — рассказал Дмитрий Маликов.
Как пояснила оператор компьютерного томографа ЛЯМ ФФ НГУ Ульяна Кречетова, сканирование образцов производилось с применением стандартного дентального режима, который обычно используется для аналогичных исследований живых объектов. Однако потребовались дополнительные настройки, поскольку исследуемые образцы обладают большими размерами и более высокой плотностью, чем живые ткани.
— Компьютерная томография незаменима в подобных исследованиях, когда требуется изучить внутреннюю структуру образца, не разрушая его. В ЛЯИМ ФФ НГУ уже неоднократно проводились исследования палеонтологических образцов, и мы продолжаем накапливать опыт в этой области. Полученные нами изображения будут интерпретированы и детально изучены, результаты планируется получить уже в этом году. И, возможно, благодаря им будет получена неизвестная ранее информация об экологии, эволюции и особенностях развития этих представителей древней фауны Сибири. Для научных сотрудников нашей лаборатории исследование таких необычных для нас объектов само по себе является научной работой, направленной на определение режимов, оптимальных для работы с такими образцами. Наша исследовательская работа продолжится на этапе создания их объемных моделей. Мы займемся поиском решений, направленных на придание большей наглядности полученным данным и удобство их профессионального использования учеными-палеонтологами, — сказал заведующий ЛЯИМ ФФ НГУ Владимир Каныгин.
По мнению Дмитрия Маликова, исследования остатков представителей доисторической фауны могут способствовать сохранению современного биологического разнообразия.
— В настоящее время большинство крупных млекопитающих, в том числе носороги, находятся под угрозой вымирания. Из-за этого работа ученых дополнительно осложняется, поскольку для некоторых видов исследований предусмотрена добыча животного в научных целях и проведение углубленного изучения в лабораторных условиях. Естественно, в таких случаях животное безвозвратно изымается из природы. Однако для исчезающих видов животных потеря даже одной особи довольно значительна для популяции, поэтому подобные исследования проводятся крайне редко. Изучение ископаемых образцов с выстраиванием аналогии с их ныне живущими родственниками может стать решением этой проблемы, — сказал Дмитрий Маликов.
