REKLAMA


 

REKLAMA


 

Odkrycia z odchodów www.pixabay.com

Skąd zdobyć informacje o diecie, zdrowiu i pasożytach nękających zwierzęta, które dawno wyginęły? Jest takie źródło – niezwykle cenne, choć może mało estetyczne: koprolity, czyli po prostu skamieniałe ekskrementy.

 

Owocki_Krzysztof

Autorem tekstu jest

dr Krzysztof Owocki

Instytut Paleobiologii, Polska Akademia Nauk, Warszawa
e-mail: Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.  

 

Dr Krzysztof Owocki jest adiunktem Zakładu Paleobiologii Środowiskowej IP PAN. Zajmuje się przede wszystkim mikrotafonomią, diagenezą i geochemią skamieniałych kości i zębów mezozoicznych kręgowców lądowych, jest również członkiem międzynarodowego zespołu badającego koprolity z mezozoiku Polski i późnego permu Rosji.

 


 

Koprolity tak jak tropy, gniazda, nory czy ślady żerowania są zaliczane do skamieniałości śladowych (ang. trace fossils). Większość ich pierwotnego składu chemicznego ulega zmianie podczas procesów fosylizacji i zwykle jest zastąpiona węglanem lub fosforanem wapnia, krzemionką albo syderytem. Na ich powierzchni mogą się również zachować ślady związane z ich wysuszeniem, przyklejeniem, ścieraniem lub złamaniem, co jest związane ze środowiskiem ich pogrzebania, zanim uległy fosylizacji. Dostarczają jednak informacji o aktywności fizjologicznej organizmu i mają też często dużo większą szansę zachowania się w zapisie kopalnym – każde zwierzę w ciągu swojego życia pozostawia po sobie tysiące odchodów.

 

W literaturze naukowej koprolity jako pierwszy opisał w 1829 r. brytyjski geolog i paleontolog William Buckland, który w części brzusznej jurajskich ichtiozaurów odkrył dziwne kamienne struktury z kośćmi ryb i zidentyfikował je jako skamieniały kał.

 

  • Kość płaza wewnątrz koprolitu (średnica kości ok. 0,7 mm), zdjęcie z  mikroskopu skaningowego

 

Podejście

 

W ostatnich dziesięcioleciach w badaniach koprolitów dokonany został znaczący postęp. Badacze, zamiast postrzegać je wyłącznie jako produkt uboczny działalności życiowej zwierząt, zaczęli je traktować jako kapsuły czasu, w których ukryte zostały informacje na temat pradawnych ekosystemów.

 

Analiza koprolitów jest prosta i wykorzystuje się do niej niedrogie techniki. Morfologia i rozmiar – kształt spirali, segmentacja, stosunek długości do szerokości – służą do klasyfikacji dowolnego zbioru na różne morfotypy. Takie informacje mogą pomóc rozróżniać koprolity pochodzące od różnych zwierząt, a w najlepszym wypadku umożliwiają identyfikację konkretnego producenta.

 

  • Elementy w  koprolicie interpretowane jako pozostałości działania pasożytniczego, zdjęcie z mikroskopu optycznego

 

Ale najcenniejsze informacje paleobiologiczne niosą ze sobą zawarte w koprolitach inkluzje. Tradycyjnie, aby je zbadać, należy rozmyć lub rozpuścić dany koprolit lub, gdy jest dobrze zmineralizowany, wykonać preparat do badań w mikroskopie optycznym. Zarówno uzyskane z rozmycia/rozpuszczania inkluzje, jak i preparaty można również badać za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego, co umożliwia zobrazowanie szczegółów badanego obiektu w mikrometrowej skali. Są to zdecydowanie najczęściej używane techniki ujawniania struktur, takich jak odłamki kości czy pasożyty, w koprolitach. Rozpuszczanie w kwasach próbek koprolitu może być skuteczne przy poszukiwaniu w nich pozostałości pyłków i zarodników oraz pasożytów. Znacznie rzadziej stosuje się w badaniach koprolitów analizy geochemiczne, takie jak określanie koncentracji pierwiastków z grupy lantanowców, które stosowane są do analizy aspektów tafonomicznych, czyli rekonstrukcji historii pogrzebania i środowiska fosylizacji. Stosuje się także analizy stabilnych izotopów węgla w celu zbadania diety roślinożerców. Badania te są kosztowne i inwazyjne, gdyż badana próbka ulega podczas analizy całkowitej dezintegracji.

 

Spojrzenie

 

Na początku tego wieku niemiecki paleontolog Adolf Seilacher i inni badacze słusznie uznali koprolity za nową kategorię procesów fosylizacyjnych (tzw. Konservat-Lagerstätte), które jako takie należy wyodrębnić z zasobów muzealnych szafek i magazynów. W ostatnich latach uwagę badaczy przykuła częsta znakomita konserwacja w nich tkanek miękkich, ito zarówno bezkręgowców, jak i kręgowców. Wydaje się, że proces ten jest ściśle powiązany z wczesną mineralizacją pod wpływem aktywności bakteryjnej w odchodach. Obfitość fosforanu w ekskrementach drapieżników znacznie zwiększa nie tylko możliwość przemiany koprolitów w skamieniałości, ale także ułatwia fosylizację zawartych wnich miękkich tkanek. Znane są przypadki zachowania tak delikatnych struktur jak tkanka mięśniowa wewnątrz koprolitów dinozaurów drapieżnych, jaja tasiemców (włącznie z rozwijającymi się w nich embrionami) w permskim koprolicie rekina, a także włosy paleoceńskich ssaków.

 

  • Struktury interpretowane jako pozostałości włosów, zdjęcie z mikroskopu optycznego

 

Zasadniczym wymogiem dla zachowania tkanek miękkich jest kompletne lub częściowe zahamowanie procesów prowadzących do całkowitego rozkładu materiałów organicznych, co może zostać spowodowane czynnikami środowiskowymi (np. pH, utlenianie, temperatura) lub przez aktywność biomineralizujących mikroorganizmów. Najczęściej badane koprolity pochodzą od zwierząt mięsożernych, gdyż są znacznie liczniejsze w zapisie kopalnym niż koprolity roślinożerców. Jest to związane z dużą zawartością fosforanu w odchodach drapieżników z powodu diety składającej się z mięśni i kości, co przekłada się na ich większy potencjał fosylizacyjny niż w przypadku bogatej i łatwo ulegającej rozkładowi materii roślinnej w odchodach roślinożerców. Wysoka zawartość fosforanu w koprolitach doprowadziła nawet w XIX w. do eksploatacji koprolitów jako cenionego nawozu fosforanowego do celów rolniczych.

 

Ujawnienie

 

W latach 70. ubiegłego stulecia amerykański paleontolog Robert T. Bakker zasugerował, że kopalne gady zwane terapsydami były endotermiczne i posiadały futro. Argumentował to m.in. tym, że kości terapsydów są silnie unaczynione, niektóre z nich zamieszkiwały strefy klimatyczne zbyt chłodne dla zwierząt o gadzim metabolizmie, stosunki ilościowe pomiędzy drapieżnikami i ofiarami w ich populacjach przypominały zaś te u dzisiejszych ssaków. W ciągu ostatnich kilku lat badania koprolitów rzuciły nowe światło na fizjologię przodków ssaków i ich krewnych. Badacze z Południowej Afryki znaleźli w permskich koprolitach więcej niż tylko kości. Niektóre koprolity zawierały enigmatyczne podłużne struktury o średnicy kilkunastu mikrometrów i długości kilku milimetrów. Roger M.H. Smith i Jennifer Botha-Brink z Bloemfontein Paleosystems Centre zasugerowali, że struktury te to szczątki roślin, grzybów lub – być może – także włosów.

 

Nasz zespół badał m.in. koprolity pochodzące z rosyjskiego późnopermskiego stanowiska weVyaznikach, gdzie wyróżniliśmy łącznie dziewięć różnych morfotypów koprolitów, przy czym naszą uwagę szczególnie przykuły dwa największe. Niestrawione fragmenty kości są obecne w koprolitach typu A, są natomiast dość rzadkie i silnie strawione w koprolitach typu B. Gady takie jak np. krokodyle charakteryzują się dłuższym trawieniem niż ssaki i trawią spożyte kości praktycznie doszczętnie. Niestrawione kości są natomiast często znajdywane w odchodach ssaków. Idąc tym tokiem rozumowania, przypisaliśmy bogate w kości koprolity typu A terapsydowym mięsożercom, natomiast ubogie w kości koprolity typu B archozauromorfom. Obie wspomniane grupy występują w zapisie kopalnym Vyaznik, niemniej terapsydy wydają się bardziej prawdopodobne jako zwierzęta o szybszym metabolizmie niż wczesne archozauromorfy (przodkowie dzisiejszych krokodyli i ptaków).

 

  • Łuska ryby promieniopłetwej w koprolicie, zdjęcie z mikroskopu optycznego

 

Wśród inkluzji wewnątrz badanych przez nas koprolitów znaleźliśmy m.in. fragmenty dużych koron zębów archozauromorfów, wytrawiony ząb ryby dwudysznej, szczątki ryb promieniopłetwych (łuski i małe fragmenty kości) oraz odłamki kości płazów i gadów. Jednakże najdziwniejsze okazały się rurkowate struktury o długości do 4 mm, które zinterpretowaliśmy jako odlewy włosopodobnych obiektów, przy czym niektóre zdają się nawet ukazywać rozgałęzione korzenie. Włosy są bardzo wytrzymałe na trawienie i często są obecne w odchodach dzisiejszych mięsożerców oraz znane są ze skamieniałych odchodów z paleocenu. Jeśli interpretacja ta jest słuszna, opisane przez nasz zespół struktury są dwukrotnie starsze niż najwcześniejszy dotychczas znany zapis włosów jurajsko-kredowych ssaków. Wskazywałoby to, że niektóre terapsydy wykształciły włosopodobną okrywę ciała już w późnym paleozoiku, jeszcze przed pojawieniem się pierwszych ssaków. Włosy te miały prawdopodobnie funkcję termoregulacyjną jako izolacja cieplna. Już w latach 60. XX w. niektórzy badacze sugerowali, że włosy ssaków mogłyby być pochodzenia czuciowego, a perforacje występujące na czaszce poźnopermskiego terapsyda Olivera parringtoni wskazują właśnie na obecność włosów czuciowych. Odkrycia z Południowej Afryki i Rosji sugerują, że mięsożerne terapsydy z późnego permu zdążyły rozwinąć izolację cieplną (futro) i przyspieszony metabolizm. Opublikowane w tym roku przez międzynarodowy zespół w „Life” wyniki badań składu izotopowego tlenu z kości i zębów terapsydów zdają się potwierdzać nasze przypuszczenia.

 

Oczekiwanie

Powyższe metody badania koprolitów są destrukcyjne i inwazyjne, przez co nie zawsze można ich użyć, zwłaszcza gdy w danym stanowisku paleontologicznym koprolity są rzadkie lub prawie w ogóle nie występują, albo mamy do czynienia z okazami muzealnymi. Rozwiązaniem tego problemu może być mikrotomografia synchrotronowa (PPC-SRμCT), pozwalająca na uzyskanie wysokiej jakości wirtualnej trójwymiarowej rekonstrukcji inkluzji wewnątrz koprolitów, takich jak delikatne szczątki chrząszczy lub pozostałości ryb i fragmenty małży. Takie skany są nieinwazyjne i pozwalają precyzyjnie badać rzadkie próbki bez naruszenia ich struktury lub modyfikacji składu chemicznego. Całą zawartość koprolitu można odwzorowywać w trzech wymiarach z niezwykłą wręcz dokładnością, co umożliwia ocenę statystyczną istotną dla pytań paleobiologicznych, takich jak dieta, pasożytnictwo i identyfikacja producentów koprolitu. Możliwe jest również dokonywanie ilościowych pomiarów cech, takich jak pęcherzyki gazu, a nawet badanie wewnętrznej struktury poszczególnych inkluzji.

 

Ponieważ, tak jak bursztyn, koprolity działają jak małe środowiska (osobliwości) fosylizacyjne typu Konservat-Lagerstätten, można się spodziewać, że dzięki tej nowatorskiej metodzie wiele rzadkich i nowych skamieniałości zostanie wkrótce odkrytych. W przypadku zastosowania tej metody do większej liczby koprolitów z tego samego stanowiska paleontologicznego możliwe będzie lepsze poznanie piramidy troficznej pradawnych ekosystemów.

 

Krzysztof Owocki

 

 

          

 

Skatologia lub inaczej koprologia

– nauka zajmująca się badaniem odchodów – jest ważną dziedziną medycyny i zoologii. Zoolog zajmujący się ssakami rzadko widuje interesujące go osobniki, lecz ekskrementom przygląda się często. Te należące do zagrożonych gatunków są tak cenne, że specjalnie do ich wyszukiwania szkoli się psy tropiące. W Rosji na przykład szukają one odchodów tygrysów syberyjskich.

 

 

          

 

 

Chcesz wiedzieć więcej?

Bajdek P., Qvarnstrom M., Owocki K., Sulej T., Sennikov A.G., Golubev V.K., Niedźwiedzki G. (2016). Microbiota and food residues including possible evidence of pre-mammalian hair in Upper Permian coprolites from Russia. Lethaia 49, 455–477.
Bajdek P., Owocki K., Sennikov A.G., Golubev V.K., Niedźwiedzki G. (2017). Residues from the Upper Permian carnivore coprolites from Vyazniki in Russia – key questions in reconstruction of feeding habits. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 482, 70–82.
Qvarnström M., Niedźwiedzki G., Tafforeau P., Žigaitė Ž. & Ahlberg P.E. (2017). Synchrotron phase-contrast microtomography of coprolites generates novel palaeobiological data. Scientific Reports, 7: 2723, DOI: 10.1038/s41598‒017‒02893‒9


© Academia nr 1 (53) 2018

 

 

 

 

 

 

 

Oceń artykuł
(0 głosujących)

Tematy

agrofizyka antropologia jedzenia antropologia kultury antropologia społeczna archeologia archeometalurgia architektura Arctowski arteterapia astrofizyka astronomia badania interdyscyplinarne behawioryzm biochemia biologia biologia antaktyki biologia płci biotechnologia roślin borelioza botanika chemia chemia bioorganiczna chemia fizyczna chemia spożywcza cywilizacja demografia edukacja ekologia ekologia morza ekologia ssaków ekonomia energetyka energia odnawialna entomologia ERC 2018 etnolingwistyka etnomuzykologia etyka ewolucja fale grawitacyjne farmakologia filozofia finanse finansowanie nauki fizyka fizyka jądrowa gender genetyka geochemia środowiska geoekologia geofizyka geografia geologia geologia planetarna geoturystyka grafen historia historia idei historia literatury historia nauki historia sztuki humanistyka hydrogeologia hydrologia immunologia informatyka informatyka teoretyczna internet inżynieria inżynieria materiałowa inżynieria żywności język językoznawstwo kardiochirurgia klimatologia kobieta w nauce komentarz komunikacja kooperatyzm kosmologia kryptografia kryptologia kulinaria kultoznawstwo kultura kulturoznawstwo lingwistyka literatura literaturoznawstwo matematyka medycyna migracje mikrobiologia mineralogia mniejszości etniczne mniejszości narodowe modelowanie procesów geologicznych muzykologia mykologia na czasie nauka obywatelska neurobiologia neuropsychologia nowe członkinie PAN 2017 oceanografia ochrona przyrody orientalistyka ornitologia otolaryngologia paleobiologia paleobotanika paleogeografia paleolimnologia paleontologia palinologia parazytologia PIASt politologia polityka społeczna polska na biegunach prawo protonoterapia psychologia psychologia zwierząt punktoza Puszcza Białowieska robotyka rozmowa „Academii” seksualność slawistyka smog socjologia stratygrafia szczepienia sztuka technologia wieś w obiektywie wulkanologia zastosowania zdrowie zoologia zwierzęta źródła energii żywienie

Komentarze

O serwisie

Serwis naukowy prowadzony przez zespół magazynu Academia PAN.Academia Zapraszamy do przysyłania informacji o badaniach, aktualnie realizowanych projektach naukowych oraz imprezach popularyzujących naukę.

 

Dla użytkowników: Regulamin

Pliki cookies

Informujemy, że używamy ciasteczek (plików cookies) w celu gromadzenia danych statystycznych, emisji reklam oraz prawidłowego funkcjonowania niektórych elementów serwisu. Pliki te mogą być umieszczane na Państwa urządzeniach służących do odczytu stron, a korzystając z naszego serwisu wyrażacie Państwo zgodę na używanie cookies, zgodnie z aktualnymi ustawieniami przeglądarki.

Więcej informacji o celu używania i zmianie ustawień ciasteczek w przeglądarce: TUTAJ

Kontakt

  • pisz:

    Redakcja serwisu online
    Academia. Magazyn Polskiej Akademii Nauk
    PKiN, pl. Defilad 1, pok. 2110
    (XXI piętro)
    00-901 Warszawa

  • dzwoń:

    tel./fax (+48 22) 182 66 61 (62)

  • ślij:

    e-mail: academia@pan.pl