ค้นพบ ‘จีวรแร่’ ปกป้องฟอสซิลปีกเทอโรซอร์อายุ 113 ล้านปี พลิกทฤษฎีการเกิดฟอสซิลที่ถูกสอนมานานนับศตวรรษ

นับเป็นครั้งแรกที่นักวิจัยตรวจพบ ‘สารบ่งชี้สเตอเรน’ (sterane biomarkers) ซึ่งเป็นอนุพันธ์ของคอเลสเตอรอล ในฟอสซิลเทอโรซอร์ การวิเคราะห์ไอโซโทปคาร์บอนของสารประกอบเหล่านี้ชี้ไปที่อาหารจำพวกปลาหรือสัตว์ทะเลคล้ายปลาหมึก ซึ่งสอดคล้องกับลักษณะฟันและกะโหลกของสัตว์ชนิดนี้ หลักฐานระดับโมเลกุลนี้ให้หน้าต่างทางเคมีโดยตรงสู่ระบบนิเวศการกินของเทอโรซอร์ ซึ่งไม่สามารถทำได้จากรูปร่างของกระดูกแต่เพียงอย่างเดียว

ตู้เซฟทางธรณีวิทยา: ชั้นแร่ธาตุหลายขั้นตอนถนอมกระดูกให้คงรูปสามมิติ

ทีมวิจัยได้บันทึกลำดับการเกิดกำแพงแร่ธาตุที่ทำหน้าที่เสมือน ‘ตู้เซฟทางธรณีวิทยา’ ขั้นแรก เกิด ‘ฟลูออราพาไทต์’ (fluorapatite) ซึ่งเป็นแคลเซียมฟอสเฟต ขึ้นอย่างรวดเร็วทั้งภายในและรอบ ๆ กระดูก ทำให้โครงสร้างละเอียดคงตัว จากนั้น ชั้นแร่แคลไซต์ (calcite) ก็ก่อตัวต่อเนื่องกันหลายชั้น ค่อย ๆ เติมเต็มโพรงกระดูก สิ่งสำคัญคือ แคลไซต์นี้มีปริมาณไอโซโทปคาร์บอน-13 ต่ำ แสดงว่ามีต้นกำเนิดจากการเน่าสลายของเนื้อเยื่อไขมันและไขมันของตัวเทอโรซอร์เอง ชั้นเคลือบแร่ธาตุหลายชั้นนี้ช่วยปกป้องสารประกอบอินทรีย์ รวมถึงสารบ่งชี้สเตียรอยด์และโครงสร้างจุลภาคที่คล้ายเส้นใยคอลลาเจน จากการสลายตัวทางเคมีนานกว่า 113 ล้านปี

จุลินทรีย์: ทั้งผู้ทำลายและผู้รักษา

การศึกษานี้บันทึกกระบวนการเกิดแร่ธาตุที่ซับซ้อนและหลายขั้นตอน ซึ่งขับเคลื่อนโดยการเปลี่ยนแปลงของสภาวะรีดอกซ์ (ออกซิเดชัน-รีดักชัน) ในพื้นที่ระหว่างการเปลี่ยนแปลงตะกอนระยะแรก แบคทีเรียกลุ่มออกซิไดซ์ซัลเฟอร์ (sulfur-oxidizing bacteria: SOB) ซึ่งระบุได้จากแร่แบไรต์ (barite) และเซเลสไทต์ (celestite) ที่พวกมันทิ้งไว้ เป็นตัวการสำคัญ จุลินทรีย์เหล่านี้ย่อยสลายเนื้อเยื่ออ่อนและไขมัน ปล่อยคาร์บอนที่ป้อนเข้าสู่กระบวนการตกตะกอนของแคลไซต์ ในขณะเดียวกัน กิจกรรมของพวกมันก็สร้างสภาวะทางเคมีที่ ‘ปิดผนึก’ กระดูกไว้ในแร่ธาตุป้องกัน ก่อนที่โครงสร้างที่บอบบางจะสูญหายไป

เหตุใดสิ่งนี้จึงเปลี่ยนกฎของการเกิดฟอสซิล

ความคิดแบบเดิมเชื่อว่า ออกซิเจนและกระบวนการออกซิเดชันจากจุลินทรีย์เป็นอันตราย กล่าวคือ จุลินทรีย์ย่อยสลายจะกินและลบเนื้อเยื่ออ่อนและชีวโมเลกุล และการคงสภาพฟอสซิลชั้นดีเยี่ยมจำเป็นต้องมีสภาวะไร้ออกซิเจนเพื่อยับยั้งกิจกรรมของจุลินทรีย์ การศึกษานี้ล้มล้างสมมติฐานนั้นในสองประเด็นสำคัญ :

• การออกซิเดชันจากจุลินทรีย์เป็นสิ่งจำเป็น ไม่ใช่เป็นโทษ แบคทีเรียกลุ่มออกซิไดซ์ซัลเฟอร์และจุลินทรีย์ย่อยสลายอื่น ๆ ไม่ได้เพียงแค่ทำลายเนื้อเยื่อเท่านั้น พวกมันยังสร้างความลาดชันทางธรณีเคมี (geochemical gradients) ที่ขับเคลื่อนการตกตะกอนของฟลูออราพาไทต์และแคลไซต์ ซึ่งช่วยรักษาโครงสร้างสามมิติของกระดูกไว้ได้
• ปฏิสัมพันธ์ของออกซิเจนกับจุลินทรีย์ช่วยให้ชีวโมเลกุลอยู่รอด กระบวนการออกซิเดชันแบบเดียวกันที่สลายเนื้อเยื่อไขมันก็ปล่อยคาร์บอนที่ป้อนเข้าสู่การก่อตัวของแคลไซต์ ในขณะที่เปลือกแร่ที่ก่อตัวอย่างรวดเร็วก็ดักจับและปกป้องสารบ่งชี้สเตียรอยด์และโครงสร้างคล้ายคอลลาเจนจากการย่อยสลายต่อไป

ดังที่ Dr. Grice กล่าวไว้ว่า "แทนที่จะถูกทำลายโดยออกซิเจน ฟอสซิลบางชนิดกลับถูกเก็บรักษาไว้เพราะออกซิเจน ผ่านกระบวนการออกซิเดชันที่ดำเนินการโดยจุลินทรีย์โบราณ" ทีมวิจัยเสนอว่านี่คือกลไกการเกิด ‘แหล่งฟอสซิลชั้นดีเยี่ยม’ (Lagerstätten) แบบใหม่ ซึ่งเป็นเส้นทางทั่วไปสำหรับการคงสภาพฟอสซิลชั้นดีที่กำลังถูกค้นพบในแหล่งฟอสซิลอื่น ๆ ทั่วโลก

ภาพใหญ่

การศึกษาที่นำโดยมหาวิทยาลัยเคอร์ตินนี้เป็นครั้งแรกที่ตรวจพบสารบ่งชี้สเตียรอยด์จากเทอโรซอร์ และยังเผยให้เห็นอาหารของมัน (ปลา/ปลาหมึก) อีกด้วย การศึกษานี้แสดงให้เห็นว่าการเกิดแร่ธาตุหลายขั้นตอนซึ่งขับเคลื่อนโดยจุลินทรีย์ที่ใช้เมตาบอลิซึมซัลเฟอร์และการเปลี่ยนแปลงของสภาวะรีดอกซ์ในพื้นที่ เป็นกุญแจสำคัญในการคงสภาพสามมิติของปีก สุดท้าย การศึกษานี้ได้ปรับเปลี่ยนบทบาทของกระบวนการออกซิเดชันจากจุลินทรีย์ จากที่เป็นเพียงแรงทำลายล้าง ไปสู่ขั้นตอนที่จำเป็นและมีประโยชน์ในการคงสภาพฟอสซิลชั้นดีบางประเภท