Палеонтологи создали компьютерную модель дыхательных структур у одиннадцати видов трилобитов и сопоставили их с жабрами современных морских членистоногих. Полученные данные свидетельствуют о том, что площадь тонких пластинок на внешней стороне конечностей увеличивалась пропорционально росту тела, подобно тому, как это наблюдается у современных водных обитателей. Эта модель подтверждает предположение о том, что эти структуры функционировали как жабры и были предназначены главным образом для осуществления газообмена.
Трилобиты населяли моря палеозоя на протяжении более 270 миллионов лет и оставили после себя обширные ископаемые останки. Среди вопросов, вызывавших дискуссии, был вопрос о функции наружной ветви их двуветвистых конечностей, известных как «экзоподит». Некоторые ученые полагали, что она выполняла роль основного органа дыхания, в то время как другие предполагали, что она помогала при плавании или удаляла воду с поверхности тела.
Вопросы вызывали и размеры этих структур. Эффективность дыхания зависит от площади поверхности, через которую кислород поступает в ткани. В предыдущих исследованиях оценки для различных видов значительно различались: у некоторых трилобитов площадь поверхности оказывалась недостаточной для полноценного дыхания, в то время как у других она достигала показателей современных членистоногих.
Авторы новой статьи предприняли попытку создать комплексную картину взаимосвязей. В процессе работы они сопоставили площадь пластин на конечностях с общими размерами тела у нескольких видов трилобитов, относящихся к различным геологическим периодам, и проанализировали это в контексте потенциальной дыхательной нагрузки. Полученные результаты были опубликованы в журнале Biology Letters.
Для начала ученые создали детальные трехмерные реконструкции строения двух видов, сохранившихся в превосходном состоянии — Olenoides serratus и Triarthrus eatoni. Сначала были измерены площади пластинок, а для девяти других видов она была определена на основе габаритов окаменелостей. Затем исследователи сопоставили полученные результаты с приблизительной биомассой животных и данными о современных морских членистоногих, в частности, об атлантическом мечехвосте Limulus polyphemus и крабов.
У O. serratus длиной 67,8 миллиметра суммарная площадь пластинок составила 16 589 квадратных миллиметров. У более мелкого T. eatoni длиной 36,3 миллиметра она составила 2159 квадратных миллиметров. Во всей выборке площадь пластинок увеличивалась с ростом тела не за счет большего числа пластинок, а в основном за счет их длины.
При расчете площади дыхательной поверхности в пересчете на биомассу, трилобиты продемонстрировали значения от 174,62 до 759,48 квадратного миллиметра на грамм веса. У современных тилассинидных креветок, послуживших для сравнения ископаемых форм, этот показатель варьировался от 256 до 1043 квадратного миллиметра на грамм. Наблюдаемое совпадение этих диапазонов подтвердило интерпретацию наружных ветвей конечностей в качестве дыхательной структуры.
В ходе исследования не было получено доказательств того, что придатки трилобитов служили исключительно для дыхания. В своей работе авторы указали, что функции дыхания, вентиляции воды и содействия передвижению вполне могли существовать одновременно.
Несмотря на то, что статья не дала исчерпывающего ответа на вопрос о физиологии трилобитов, она продемонстрировала, что их придатки имели сходные морфологические характеристики с жабрами современных водных членистоногих. Полученные результаты в большей степени подтверждают дыхательную гипотезу, чем предыдущие исследования.
Если расчеты подтверждаются, то наружные ветви конечностей трилобитов действительно функционировали как жабры. Это позволит палеонтологам более детально анализировать подвижность трилобитов, их энергетические затраты и способы адаптации к различным условиям содержания кислорода.