Двухсот восьмидесятидевятимиллионный возраст окаменелости рептилии позволил сохранить её полную анатомию грудной клетки, относящейся к ранним обитателям суши. Изучение неповрежденных хрящей позволило ученым восстановить принципы работы первого полноценного дыхания с помощью ребер. Обнаружение оригинальных белков в тканях подтвердило, что сложные органические молекулы могут сохраняться в палеонтологических отложениях почти на сто миллионов лет дольше, чем предполагалось ранее.
Переход от земноводных к наземным четвероногим (амниотам) ознаменовался изменением способа дыхания. У земноводных, воздух попадает в легкие при вдыхании через рот. Однако, древние предки, адаптировавшиеся к сухопутному образу жизни, освоили способ вентиляции легких посредством расширения грудной клетки.
Биологи уже давно были осведомлены об этом, однако создать рабочую модель дыхательной системы древнейших амниот не представлялось возможным. Гибкие хрящи, соединявшие ребра, разрушались в процессе окаменения на протяжении сотен миллионов лет. В течение многих лет палеонтологи разрабатывали гипотетические схемы функционирования первых легких, основываясь исключительно на отдельных фрагментах окаменевших спинных ребер.
В карстовых пещерах Ричардс-Спур, расположенных в штате Оклахома (США), были обнаружены фрагменты, относящиеся к древней анатомии. Среди них — останки рептилии Captorhinus раннего пермского периода мумифицировались благодаря просачиванию подземных углеводородов (нефти). Природная химия сработала как идеальный консервант, заблокировав процесс гниения тканей.
Из-за хрупкости мумии механическое извлечение костей из скальной породы оказалось невозможным. Исследователи, опубликованного в журнале Nature, используя нейтронную компьютерную томографию, ученые получили детальное изображение структуры камня. В отличие от рентгеновского излучения, нейтроны позволяют выявлять органические остатки даже через минеральную основу. После этого биологи изготовили микроскопические срезы тканей и создали их химическую карту, применив электронную микроскопию и синхротронную инфракрасную спектроскопию.
Благодаря трехмерной модели ученым удалось впервые детально изучить дыхательную систему раннего амниота, сохранившуюся в полном и неповрежденном виде. Грудная клетка Captorhinus замыкалась на брюхе с помощью гибкой хрящевой структуры. Грудина рептилии не была монолитным щитом: она состояла из трех подвижных сегментов, к которым крепились гибкие хрящевые ребра. Эта шарнирная конструкция позволяла животному эффективно расширять плевральную полость и втягивать большие объемы воздуха, работая по принципу кузнечных мехов.
В ходе химического анализа спектрометры выявили в кальцифицированных хрящах выраженные амидные полосы, свидетельствующие о наличии сохранившихся белковых молекул животного, а на коже рептилии зафиксирован трехмерный эпидермис с заметными чешуйками. Ранее полагали, что эндогенные белки разрушаются в течение десятков миллионов лет и не могут пережить эпоху динозавров. Мумия, найденная в Оклахоме, продемонстрировала, что органические остатки могут сохраняться даже в окаменелостях палеозойского периода.
Развитие реберного дыхания оказало определяющее влияние на эволюционный путь позвоночных. Освободив мышцы головы от необходимости обеспечивать приток воздуха к легким, животные получили возможность изменять структуру черепа. Это, в свою очередь, стало причиной стремительного увеличения разнообразия челюстей и пищевых стратегий, что способствовало закреплению амниот в сухопутных экосистемах.