Нарвалы, которых часто называют «морскими единорогами», остаются одними из самых загадочных обитателей океана. Эти арктические млекопитающие предпочитают проводить время на экстремальных глубинах, достигающих километра, что значительно усложняет их изучение.
Нарвалы возле Земли Франца-Иосифа. Фото: Пресс-служба ПАО «Газпром нефть», Википедия.
Удивительная анатомия: бивень как зуб
Знаменитый спиральный бивень нарвала — это на самом деле не рог, а видоизмененный зуб, точнее, гипертрофированный левый верхний резец. Зубы этих животных обладают уникальной особенностью: они растут на протяжении всей жизни, наслаиваясь друг на друга подобно годичным кольцам дерева. Эта слоистая структура становится настоящей летописью, хранящей информацию о жизни особи.
Изучение тонких срезов зуба позволяет ученым заглянуть внутрь этой биологической записи. Анализ распределения химических элементов в поперечном сечении открывает удивительные подробности.
Распределение кальция в поперечном сечении зуба нарвала. Ширина каркаса — около 8 мм. Картина равномерна, что свидетельствует о хорошей минерализации и отсутствии патологий вроде кариеса.
Стронций: неожиданный ключ к разгадке
Гораздо более интересную картину демонстрирует распределение другого элемента — стронция.
Распределение стронция в поперечном срезе зуба нарвала. Цветовая шкала от темно-синего (минимум) до желтого (максимум) показывает относительную концентрацию элемента.
Возникает закономерный вопрос: откуда в зубах, основным минералом которых является гидроксиапатит кальция (Ca10(PO4)6(OH)2), берется стронций? Ответ кроется в природной «нечистоте» биологических кристаллов. Атомы стронция, имея схожий с кальцием размер и химические свойства, могут замещать его в кристаллической решетке минерала во время роста зуба. Таким образом, стронций, поступающий с пищей, встраивается в зубные ткани.
Эта особенность может иметь и опасную сторону. Если в организм попадает радиоактивный изотоп стронций-90 (часто в результате техногенных катастроф), он также замещает кальций и накапливается в костях и зубах, создавая постоянный внутренний источник облучения. К счастью, в случае с нарвалами речь идет о естественных, очень низких концентрациях стабильного стронция.
Годичные кольца жизни
Колебания концентрации стронция на карте распределения — это не случайность, а четкая запись жизненного цикла животного. Нарвалы, как и многие арктические виды, совершают сезонные миграции: летом — на север, к кромке льда, зимой — на юг. С миграцией меняется и их рацион: в одни периоды они потребляют больше головоногих моллюсков, в другие — рыбы или криля. Разные виды добычи содержат разное количество стронция, что и отражается в формирующихся слоях дентина. Так в зубе образуются видимые «годичные кольца», подобные тем, что мы видим на срезе дерева.
Обратите внимание: Короткие но интересные факты о андах которые вас удивят.
Технология, позволяющая видеть невидимое
Как же ученым удается получить такие детальные карты химического состава? Для этого используется метод рентгенофлуоресцентного анализа (РФА).
Суть метода такова: сфокусированный рентгеновский луч (диаметром около 20 микрон) облучает образец. Фотоны с достаточной энергией «выбивают» электроны с внутренних орбиталей атомов. Освободившееся место (электронная вакансия) немедленно занимает электрон с более высокой орбитали. При этом переходе выделяется избыток энергии в виде вторичного рентгеновского фотона, энергия которого строго специфична для каждого химического элемента. Детектор улавливает эти фотоны и строит спектр, где видны характерные пики кальция, стронция, цинка и других элементов. Интенсивность пика прямо пропорциональна концентрации элемента в данной точке.
Чтобы создать карту, как на фотографиях выше, луч последовательно сканирует поверхность среза с шагом в те же 20 микрон. Каждая точка — это отдельный спектр. Исходное изображение размером 697x462 пикселя — это результат анализа 322 014 индивидуальных измерений! Этот метод чрезвычайно чувствителен и позволяет детектировать даже следовые количества элементов.
Ценность открытия
Анализируя подобные карты распределения элементов, а также микрокристаллическую структуру зубов, исследователи надеются расшифровать не только механизмы роста зубов нарвала, но и получить бесценные данные об индивидуальных маршрутах миграции этих животных и даже о долгосрочных изменениях в арктической экосистеме и климате. Зуб нарвала превращается из простого органа в сложный научный архив, страницы которого мы только начинаем читать.
Nauchpop Science Narwhal Chemical Elements Long Post 2
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: Интересные образцы - 2.