Kości i inne skamieniałe szczątki, w tym odciśnięte tropy znajdowane w warstwach geologicznych, to dla paleontologów szansa na wniknięcie do świata, który dawno przeminął. Z wykorzystaniem nowoczesnych technologii jesteśmy w stanie pozyskiwać coraz bardziej szczegółowy wgląd w ekosystem Ziemi sprzed milionów lat. Jednym z bogatszych źródeł tej wiedzy mogą być skamieniałe odchody dawnych stworzeń. Niczym kapsuła czasu przechowują w sobie informacje o ich diecie, a pośrednio o zwyczajach, a także samym środowisku, w którym bytowały.

Prof. dr hab. Leszek Marynowski

W listopadzie 2024 roku w prestiżowym czasopiśmie „Nature” ukazał się artykuł Digestive contents and food webs record the advent of dinosaur supremacy na temat tego, co resztki pokarmowe mogą nam powiedzieć o dochodzeniu dinozaurów do dominacji. Międzynarodowy zespół, w skład którego weszli prof. dr hab. Leszek Marynowski oraz dr Zuzanna Wawrzyniak z Wydziału Nauk Przyrodniczych UŚ, zbadał blisko 500 koprolitów, czyli skamieniałych ekskrementów zwierzęcych, a także innych pozostałości pokarmowych, takich jak m.in. wypluwki (wiele ze współczesnych ptaków również pozbywa się w ten sposób niestrawionych części jedzenia). Materiały były gromadzone przez ponad dwadzieścia lat i pochodziły z Basenu Polskiego obejmującego tereny Śląska oraz Gór Świętokrzyskich.

Triasowe środki na przeczyszczenie

Prof. Leszek Marynowski, który był w zespole jedynym geochemikiem, wskazuje na zidentyfikowanie węgla drzewnego jako szczególnie ciekawą obserwację, rzucającą nieco światła na zwyczaje żywieniowe niektórych wymarłych zwierząt.

– Okazało się, że w koprolitach jest sporo węgla drzewnego. Dinozaury żywiły się, czasem uzupełniając dietę o fragmenty nadpalonych gałęzi. Najprawdopodobniej robiły to, by czyścić jelita. Takie zachowanie jest też współcześnie znane wśród niektórych zwierząt – tłumaczy naukowiec.

Pozyskiwanie tej substancji raczej nie było szczególnie trudne dla przedstawicieli ówczesnej fauny. W okresach górnego triasu oraz przełomu triasu i jury (227–200 milionów lat temu), z których pochodziły analizowane próbki, pożary występowały często i cechowały się dużą intensywnością. Obszar dzisiejszego Śląska i Gór Świętokrzyskich nie różnił się pod tym względem od innych miejsc z przełomu triasu i jury. Świadczą o tym również zidentyfikowane w koprolitach wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA) charakterystyczne dla wysokotemperaturowych procesów pirolizy.

Jadłospis wymarłych zwierząt imponuje pod kątem zróżnicowania. Widać też, że na przestrzeni milionów lat podlegał on różnym zmianom, a systematycznie rosnący rozmiar odchodów jest dowodem na drogę ku dominacji dużych gadów w ekosystemie.

– Dinozaury dość gwałtownie się zmieniały na granicy triasu z jurą. Bardzo szybko pojawiły się duże gatunki. Kiedy zwierzęta te były mniejsze, ich odchody też nie były duże i znajdowało się w nich sporo szczątków ryb. Sugeruje to bytowanie w bliskim sąsiedztwie rzek lub płytkiego morza. Z biegiem czasu jednak znajdujemy coraz większe koprolity, należące także do większych gadów drapieżnych. Częściej też identyfikujemy w nich kości i zęby innych dinozaurów – wyjaśnia geochemik.

Wśród wyjątkowych znalezisk w skamieniałych odchodach współautorzy publikacji wskazali m.in. niemal kompletne szczątki żuka czy pozostałości larw oraz dobrze zachowane części roślin. Tak wnikliwy obraz udało się pozyskać bez dużej ingerencji w materiał źródłowy – dzięki badaniu całych koprolitów z wykorzystaniem tomografu komputerowego (CT) czy mikrotomografii synchrotronowej w Europejskim Ośrodku Promieniowania Synchrotronowego w francuskim Grenoble.

Próbki, które do badań otrzymał prof. Leszek Marynowski, przeanalizowane zostały przy zastosowaniu chromatografu gazowego sprzężonego ze spektrometrem mas (GC-MS), będącego na wyposażeniu Uniwersytetu Śląskiego. Niewielką ilość koprolitu poddaje się zmieleniu i ekstrakcji (rozpuszczeniu przy zastosowaniu rozpuszczalników organicznych), po czym skład substancji analizuje się pod kątem zawartych w niej związków organicznych. Pozostałą część koprolitu poddano badaniom mikroskopowym w świetle odbitym.

– W tym ostatnim przypadku preparaty muszą być bardzo dobrze wypolerowane. Na szczęście mamy świetną pracownię przygotowania próbek oraz znakomitego fachowca, mgr. Mariusza Gardockiego – dodaje geochemik z UŚ.

Dr Zuzanna Wawrzyniak

Kutykule jak żywe

Badania ułatwił naukowcom świetnie zachowany stan bardzo wielu szczątków uwięzionych w koprolitach. Dr Zuzanna Wawrzyniak zachwyca się doskonałą jakością materiału, który otrzymała do swoich paleobotanicznych analiz:

– To niesamowite, biorąc pod uwagę, że najpierw resztki przeszły przez przewód pokarmowy, skąd trafiły do środowiska, a tam przeleżały ponad 200 milionów lat. Mimo że były to maleńkie fragmenty, to jednak każdy posiadał rozpoznawalny wzór komórek epidermy, którą są pokryte rośliny. W przypadku morfologii samych kutykul wrażenie jest takie, jakby się oglądało współczesne roślinne tkanki – mówi ekspertka.

Wśród skamieniałych odchodów, jakie badała dr Zuzanna Wawrzyniak, znalazły się i te należące do Lisowicia bojani – dicynodonta odkrytego w Lisowicach na Śląsku, który wyginął w późnym triasie. Gatunek ten został parę lat wcześniej opisany przez współautorów publikacji w „Science”: dr. hab. Tomasza Suleja i dr. Grzegorza Niedźwiedzkiego. Nie zawsze jednak można na podstawie koprolitów stwierdzić, do przedstawiciela którego gatunku należały. Specjaliści z UŚ zaznaczają, że – zwłaszcza w przypadku starszych znalezisk – ustalenie tego bywa wyzwaniem, ponieważ obok dinozaurów żyły wtedy również wielkie płazy czy inne gady, m.in. żółwie, a te pozostawiały podobne odchody. Jeśli chodzi o młodsze osady, sprawa wydaje się prostsza, a to dlatego, że dinozaury zyskały już znaczną przewagę w środowisku.

Warto przy tym podkreślić, że naukowcy analizowali nie tylko zawartość samych koprolitów, ale też pozostałości wokół nich. Przy porównaniu stopnia zachowania szczątków widać wyraźną różnicę, która jednoznacznie dowodzi, że skamieniałe ekskrementy zadziałały niczym kapsuła czasu, doskonale przechowująca zwłaszcza fragmenty dawnej flory.

– Większą różnorodność znalazłam w kutikulach z koprolitów niż w wymacerowanych osadach, a już szczególnie w porównaniu z makroszczątkami, które mamy z tego okresu i regionu – zauważa dr Zuzanna Wawrzyniak. Jej prace w międzynarodowym zespole ekspertów były ściśle związane z tematem rozprawy doktorskiej pt. Późnotriasowa flora południowej Polski, której fragmenty zostały wykorzystane w „Nature”.

Paleobotaniczka miała trudne zadanie sprawdzenia niezwykle drobnych pozostałości znalezionych w koprolitach. Przyglądała się przede wszystkim kutykuli, czyli najbardziej zewnętrznej warstwie pokrywającej lądowe rośliny. Ten ewolucyjny wynalazek chroni je przed utratą wody czy wnikaniem patogenów i przyczynił się znacząco do procesu kolonizacji kontynentów. To, czym dysponowała badaczka, zawierało nieraz ledwie kilka komórek, na podstawie których musiała przeprowadzić taksonomiczną analizę. Preparaty pozwalały jednak na zaobserwowanie kształtu komórek, ocenienie grubości ścian komórkowych, ornamentacji, rozmieszczenia aparatów szparkowych czy dodatkowych włosków na kutykulach. Wszystkie te elementy są istotne dla określenia, z jakim rodzajem, a czasem nawet gatunkiem mamy do czynienia.

– Cechy te odzwierciedlają, jak rośliny przystosowywały się do klimatu, czy były w stanie znieść okresowy brak dostępu do wody lub spadek wilgotności. To wszystko należy wziąć pod uwagę i doprowadzić do konkretnego wniosku taksonomicznego – mówi dr Zuzanna Wawrzyniak. – W koprolitach Lisowicii udało mi się znaleźć resztki roślin nagonasiennych, w tym szpilkowych. Zwierzę mogło być wyspecjalizowane do jedzenia tylko takiego pokarmu lub być „oportunistą” i żywić się tym, co było najłatwiej dostępne.

Rekonstrukcja ekosystemu

Z pozyskanych danych wiemy, że obszar Śląska i Gór Świętokrzyskich nie różnił się raczej w badanym okresie od terenów znajdujących się na podobnej szerokości geograficznej. Prace zespołu naukowców pozwoliły jednak wypełnić dotychczasowe luki w wiedzy, opierając się na materiałach pozyskiwanych na przestrzeni ponad dwudziestu lat. Analiza niemal 500 koprolitów dostarczyła niezwykłego spojrzenia na dawno nieistniejący świat.

– Badania były nastawione na rekonstrukcje ekosystemów. Chcieliśmy przyjrzeć się temu, co spożywały żyjące wtedy dinozaury oraz inne zwierzęta, a także jak zmieniała się roślinność i co te informacje mogą nam powiedzieć o zachodzących w tamtym czasie zmianach klimatu – podsumowuje prof. Leszek Marynowski.