حافظت الزواحف المحنطة من العصر البرمي على الجلد والغضاريف

كان الانتقال التطوري من البرمائيات إلى رباعيات الأرجل الأرضية (السلوية) مصحوبًا بتغيير في نوع التنفس. تتنفس البرمائيات عن طريق “ابتلاع” الهواء عبر أفواهها ودفعه إلى رئتيها. لكن أسلافنا القدماء، الذين تحولوا إلى أسلوب حياة بري بالكامل، تعلموا تهوية الرئتين عن طريق توسيع الصدر. لقد عرف علماء الأحياء عن هذا الأمر منذ فترة طويلة، لكن كان من المستحيل دراسة الجهاز التنفسي الذي يعمل فعليًا لدى السلويات المبكرة. اختفى الغضروف الناعم الذي يربط بين الأضلاع دون أن يترك أثراً على مدى مئات الملايين من السنين أثناء عملية التحجر. على مدى عقود، بنى علماء الحفريات نماذج نظرية لوظيفة الرئتين الأولى، معتمدين فقط على أجزاء متفرقة من الأضلاع الظهرية المتحجرة. يتم حفظ تفاصيل التشريح القديم في الكهوف الكارستية في ريتشاردز سبير (الولايات المتحدة الأمريكية، أوكلاهوما). تم تحنيط بقايا الزواحف البرمي المبكرة Captorhinus من خلال تسرب الهيدروكربونات تحت الأرض (النفط). عملت الكيمياء الطبيعية كمادة حافظة مثالية، مما يمنع عملية تسوس الأنسجة. ولم تسمح هشاشة المومياء بنزع العظام من الصخر ميكانيكيا. وقام مؤلفو الدراسة، التي نشرت في مجلة Nature، بإضاءة الحجر باستخدام التصوير المقطعي المحوسب بالنيوترون. النيوترونات، على عكس الأشعة السينية، تكتشف بوضوح البقايا العضوية من خلال المصفوفة المعدنية. بعد ذلك، أخذ علماء الأحياء مقاطع مجهرية من الأنسجة وقاموا برسم خريطة لها كيميائيًا باستخدام المجاهر الإلكترونية ومطياف الأشعة تحت الحمراء السنكروترونية. في النموذج ثلاثي الأبعاد، رأى الباحثون لأول مرة الجهاز التنفسي الكامل والسليم لحيوان السلى المبكر. تم إغلاق صدر Captorhinus على البطن باستخدام هيكل غضروفي مرن. لم يكن عظم القص للزواحف درعًا متجانسًا: فهو يتكون من ثلاثة أجزاء متحركة تم ربطها بأضلاع غضروفية مرنة. سمح هذا التصميم المفصلي للحيوان بتوسيع التجويف الجنبي بشكل فعال وسحب كميات كبيرة من الهواء، وفقًا لمبدأ منفاخ الحداد. أثناء التحليل الكيميائي، سجلت أجهزة قياس الطيف وجود أشرطة أميد واضحة داخل الغضروف المتكلس – وهي آثار لجزيئات البروتين الأصلية للحيوان، كما تم الحفاظ على بشرة ثلاثية الأبعاد بمقاييس مميزة على جسم الزواحف. قبل هذا الاكتشاف، كان يعتقد أن البروتينات الداخلية تتحلل على مدى عشرات الملايين من السنين وليست قادرة على البقاء على قيد الحياة في عصر الديناصورات. أثبتت مومياء أوكلاهوما أن المادة العضوية محفوظة حتى في حفريات العصر الحجري القديم. أدى ظهور التنفس الساحلي إلى تغيير جذري في مسار تطور الفقاريات. ومن خلال تحرير عضلات الرأس من العمل الشاق المتمثل في ضخ الهواء إلى رئتيها، تمكنت الحيوانات من تغيير شكل جماجمها بحرية. أدى هذا لاحقًا إلى انفجار التنوع في الفكين واستراتيجيات التغذية، مما سمح للحيوانات السلوية بغزو النظم البيئية الأرضية أخيرًا.