Vi sinh vật 'phá hủy' lại là 'người bảo quản'? Khám phá gây sốc về hóa thạch thằn lằn bay 113 triệu năm tuổi

Lần đầu tiên, các nhà nghiên cứu phát hiện ra các dấu ấn sinh học sterane—dẫn xuất của cholesterol—trong bất kỳ hóa thạch thằn lằn bay nào . Phân tích đồng vị carbon của các hợp chất này cho thấy chế độ ăn bao gồm cá hoặc động vật biển giống mực, phù hợp với hình thái răng và hộp sọ của loài vật này . Bằng chứng phân tử này cung cấp một cửa sổ hóa học trực tiếp vào hệ sinh thái dinh dưỡng của thằn lằn bay mà hình dạng xương đơn thuần không thể cung cấp.

Hầm địa chất: Quá trình khoáng hóa nhiều giai đoạn đã bảo quản xương 3D như thế nào

Nhóm nghiên cứu đã ghi lại một chuỗi các rào cản khoáng vật hoạt động như một "hầm địa chất" tự nhiên . Đầu tiên, fluorapatite (một dạng canxi phosphate) hình thành nhanh chóng bên trong và xung quanh xương, ổn định các cấu trúc tinh vi. Tiếp theo, các lớp canxit kế tiếp dần dần lấp đầy khoang xương. Đáng chú ý, canxit này bị thiếu hụt carbon-13, cho thấy nó có nguồn gốc từ quá trình phân hủy các mô mỡ và lipid của chính thằn lằn bay . Lớp áo khoáng đa năng này đã che chắn các hợp chất hữu cơ—bao gồm các dấu ấn sinh học steroid và các cấu trúc cực nhỏ giống sợi collagen—khỏi sự suy thoái hóa học trong suốt 113 triệu năm .

Vi sinh vật: Vừa là kẻ hủy diệt, vừa là người bảo quản

Nghiên cứu ghi nhận một quá trình khoáng hóa phức tạp, nhiều giai đoạn được thúc đẩy bởi sự thay đổi oxy hóa khử cục bộ (redox) trong quá trình tạo đá sớm . Vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh (SOB)—được xác định thông qua các khoáng vật barit và celestit mà chúng để lại—là nhân tố chủ chốt . Những vi khuẩn này đã phân hủy các mô mềm và chất béo, giải phóng carbon làm thức ăn cho quá trình kết tủa canxit. Đồng thời, hoạt động của chúng tạo ra các điều kiện hóa học giúp bịt kín xương trong các khoáng chất bảo vệ trước khi các cấu trúc mỏng manh có thể bị mất đi .

Tại sao điều này thay đổi các quy tắc hóa thạch hóa

Tư duy thông thường cho rằng oxy và quá trình oxy hóa vi sinh vật có tính hủy diệt—rằng vi khuẩn phân hủy tiêu thụ và xóa sổ các mô mềm và phân tử sinh học, và rằng việc bảo quản đặc biệt đòi hỏi điều kiện yếm khí để ngăn chặn hoạt động của vi khuẩn. Nghiên cứu này đã lật ngược giả định đó theo hai cách :

• Quá trình oxy hóa vi sinh vật là cần thiết, không phải có hại. Các vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh và các vi khuẩn phân hủy khác không chỉ đơn giản là phá hủy mô; chúng đã chủ động tạo ra các gradient địa hóa thúc đẩy quá trình kết tủa fluorapatite và canxit, giúp bảo quản xương ở dạng ba chiều .
• Tương tác oxy-vi sinh vật cho phép các phân tử sinh học tồn tại. Các quá trình oxy hóa tương tự đã phá vỡ các mô mỡ lại giải phóng carbon nuôi sống sự hình thành canxit, trong khi lớp vỏ khoáng hình thành nhanh chóng đã bẫy và che chắn các dấu ấn sinh học steroid và các cấu trúc giống collagen khỏi sự suy thoái tiếp theo .

Như Grice đã phát biểu, "Thay vì bị phá hủy bởi oxy, một số hóa thạch lại được bảo quản nhờ nó, thông qua các quá trình oxy hóa được thực hiện bởi hệ vi sinh vật cổ đại" . Nhóm nghiên cứu đề xuất đây là một cơ chế Lagerstätten toàn cầu mới—một con đường phổ biến cho việc bảo quản hóa thạch đặc biệt đang được xác định tại các địa điểm hóa thạch khác .

Bức tranh toàn cảnh

Nghiên cứu do Đại học Curtin dẫn đầu là nghiên cứu đầu tiên thu hồi được các dấu ấn sinh học steroid từ thằn lằn bay, cho thấy chế độ ăn cá/mực. Nó chứng minh rằng quá trình khoáng hóa nhiều giai đoạn, được thúc đẩy bởi vi khuẩn chuyển hóa lưu huỳnh và sự thay đổi oxy hóa khử cục bộ, là chìa khóa cho việc bảo quản cánh ở dạng 3D. Và nó về cơ bản đã định hình lại vai trò của quá trình oxy hóa vi sinh vật từ một lực lượng hủy diệt thuần túy thành một bước cần thiết, mang tính xây dựng trong một số kiểu bảo quản hóa thạch đặc biệt nhất định .