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.
Информативные срезы ископаемых костей
Причина того, что гистология ископаемой кости является богатым источником информации, состоит в том, что кость — это живая ткань, которая претерпевает много последовательных процессов резорбции и реконструкции. Этот факт приносит нам пользу после того, как с нами приключается несчастный случай, при котором мы ломаем кость; мы страдаем от этого в пожилом возрасте из-за остеопороза. Для палеонтологов изменение кости в течение жизни означает, что многое из этой записи жизни позвоночного животного можно увидеть. Ключевой момент здесь — умение различать следы первичного роста кости и процессов вторичной перестройки среди отметок, образовавшихся в процессе роста.
Самую ненарушенную информацию о росте скелета позвоночного обычно получают из района средней части длинных костей, таких, как в руках (плечевая кость) или в ногах (бедренная кость). Перед изготовлением срезов кости погружаются в синтетическую смолу, затем они шлифуются и полируются, пока не достигают соответствующей толщины, обычно 0,6–0,8 см. Далее эти срезы изучаются под микроскопом при различном освещении и с разными светофильтрами. Обычно предметом исследований палеонтологов являются отдельные обломки костей, поскольку музейные кураторы обычно не любят агрессивного способа исследований, который включает разрезание ископаемых образцов на тонкие кусочки. Это приводит к проблемам, поскольку зачастую нет уверенности в том, что известно точное с позиции анатомии или таксономии место взятия образца. Несмотря на эту трудность, количество новых открытий, сделанных путём исследований тонких срезов окаменелостей, увеличивается экспоненциально.
39
Питер Форей представил подробную статью о Солласе и его методе в информационном бюллетене отдела палеонтологии Музея Естественной Истории в Лондоне (том 3, номер 1 [2005]; www.nhm.ac.uk/resources-rx/files/set-in-stone-3-1-17163.pdf).