Cenniejszy niż złoto. Czym są inkluzje w bursztynie i dlaczego dinozaury mają lepiej niż owady?
Bursztyny zachwycają oko od tysięcy lat, a zachwycają nie tylko osoby uwielbiające jego miodową barwę, ale i środowiska naukowe. Bowiem owady zatopione w żywicy stanowią świadectwo historii naszej planety, a ich analizowanie i identyfikacja to proces tak skomplikowany, jak i fascynujący.
Każdy, kto choć raz odwiedził wybrzeże Polski, na pewno spotkał się z bursztynem. Czy to w formie niewielkich bryłek leżących gdzieś na bałtyckiej plaży, czy pamiątek zawierających niewielkie, pomarańczowe kamienie. Oczywiście można się kłócić ile z tych pamiątek to żywica drzewna, a ile żywica epoksydowa, lecz jest jeden rodzaj bursztynów, który niezależnie od naszej wiedzy na temat jego pochodzenia, zawsze budzi wyobraźnie: inkluzje.
Inkluzja (a właściwie: inkluzja organiczna) w bursztynie to nic innego jak zatopione w bursztynie żywe organizmy - zarówno rośliny jak i zwierzęta. Ze względu na mały rozmiar i (zależną od gatunku) małą ruchliwość, wśród inkluzji przeważają wszelkiego rodzaju owady, pajęczaki, rośliny oraz grzyby. Zdarzają się pojedyncze okazy inkluzji zawierające np. jaszczurki, jednakże stanowią one mniej niż 1 procent wszystkich inkluzji.
Rzadsze inkluzje zawierające większe okazy są również bardziej pożądane tak przez kolekcjonerów, jak i ośrodki badawcze, o czym świadczy chociażby jeden z najdroższych projektów Muzeum Bursztynu w Wielkim Młynie w Gdańsku. W 2021 roku gdańskie muzeum za okazy gekona i ptasznika zatopione w bursztynie zapłaciło 160 419 złotych.
Sama bryłka zawierająca dwucentymetrowego gada, z doskonale zachowanym tułowiem i nogami warta jest ok. 110 tysięcy złotych.
Miliony lat cenniejsze niż złoto
Za niekiedy astronomiczne ceny inkluzji odpowiada nie tylko rzadkość i walory estetyczne, ale przede wszystkim wartość naukowa. Gatunki zatopione w bursztynie dosłownie zastygają w czasie, stając się niezwykle ważnym źródłem wiedzy o gatunkach w nich zachowanych. Zwłaszcza, że w inkluzje w bursztynach mogą mieć nawet 40 milionów lat.
Jednak stopień zachowania w dużej mierze zależy od tego, w jakiej żywicy została zatopiona inkluzja.
Każdy bursztyn ma swoje właściwości oparte na drzewie, z którego wydobywały się soki drzewa, które uwięziły owada i środowisku, w którym do tego doszło. Bardziej płynne żywice posiadały składniki, które wnikały w owada i równie szybko konserwowały jego wnętrze. Gęstsze żywice otulały egzoszkielet owada żywicą i pozwalały wnętrzu gnić. Większość bursztynów bałtyckich stanowiły gęstsze żywice, a w inkluzjach bałtyckich zauważyć można cienkie warstwy powietrza, które oddzielają materiał organiczny od żywicy. Z kolei bursztyn dominikański był generalnie lżejszą żywicą, która pozwalała na doskonałe zachowanie zarówno zewnętrznej, jak i wewnętrznej części owada. Niektóre bursztyny dominikańskie nie są połączone łańcuchami polimerowymi i mogą być rozpuszczone za pomocą rozpuszczalnika organicznego, odsłaniając dobrze zachowany, liczący miliony lat okaz owada, który możemy badać. I to bez wiercenia, które zostało przedstawione w Parku Jurajskim w dość nierealistycznej scenie przedstawiającej uzyskanie DNA dinozaura z komara otoczonego bursztynem.
Bursztynowe inkluzje kopalnią wiedzy
Inkluzje w bursztynach, oprócz bycia interesującymi elementami zbiorów kolekcjonerskich i muzealnych, pełnią również ważną rolę dla szeroko pojętej biologii, stając się źródłem wiedzy na temat wymarłych gatunków zwierząt i roślin. Nierzadko inkluzje również stanowią źródło wiedzy na temat gatunków wciąż żyjących, dostarczając informacji na temat tego czy i jak wyewoluowały na przestrzeni setek tysięcy lat.
Jednym przykładów tego jest niedawne odkrycie nowego gatunku mrówki w bursztynie pochodzącym z Etiopii. Początkowe porównania anatomiczne inkluzji do znanych entomologii gatunków, doprowadziły naukowców do hipotezy, że zatopione w żywicy owady należały do gatunku Aneuretinae, niemal wymarłej podrodziny mrówek znanej dotychczas jedynie ze skamielin i jednego żyjącego gatunku ze Sri Lanki. Dzięki metodzie zwanej synchrotronową tomografią mikrokomputerową, naukowcy doszli do wniosku, że mają do czynienia z zupełnie nowym, dotychczas nieopisanym gatunkiem. Zespół nadał nowoodkrytemu, wymarłemu gatunkowi nazwę †Desyopone hereon gen. et sp. nov.
Samo datowanie znalezionego bursztynu postawiło przed naukowcami pewne wyzwania, ponieważ sam bursztyn jest równie unikalny jak znajdujące się w nim organizmy.
"Kawałek z tymi mrówkami pochodzi z jedynego jak dotąd złoża bursztynu w Afryce, w którym w inkluzjach znalazły się kopalne organizmy. W sumie z tego kontynentu pochodzi zaledwie kilka kopalnych owadów. Choć bursztyn od dawna był używany jako biżuteria przez miejscowych w tym regionie, jego naukowe znaczenie stało się jasne dla badaczy dopiero w ciągu ostatnich 10 lat"
- wyjaśnia Vincent Perrichot z Uniwersytetu w Rennes, jeden ze współodkrywców nowego gatunku mrówki
Inkluzje w bursztynie stawiają więcej wyzwań niż myślisz
Biorąc pod uwagę rozwój techniki, techonologii oraz dynamiczny postęp w naukach przyrodnicznych, wydawać by się mogło, że badacze zajmujący się inkluzjami w bursztynach mają proste zadanie: znaleźć bursztyn i podłożyć go pod specjalny skaner, który dostarczy pełnowymiarowego obrazu zachowanej materii organicznej.
W rzeczywistości przed naukowcami stoi znacznie więcej wyzwań, o czym mówi w wypowiedzi dla serwisu Spidersweb.pl doktor habilitowany Jacek Szwedo z Uniwersytetu Gdańskiego, jeden z członków zespołu naukowego, który dokonał odkrycia gatunku mrówki †Desyopone hereon gen. et sp. nov.
Pierwszym wyzwaniem jest samo pozyskanie materiału badawczego, bowiem najlepiej zachowane inkluzje są eksponatami muzealnymi oraz własnościami różnorakich instytucji badawczych, a także prywatnych kolekcjonerów z całego świata. Do poprawnej identyfikacji materii organicznej oraz datowania żywicy niezbędne są także informacji geologicznych i litostratygraficznych dotyczących złóż, z których wydobyto żywice kopalne z zatopionymi w nich inkluzjami.
Kolejna kwestia to znajomość taksonomii owadów czy innych stawonogów, roślin i innych organizmów zamkniętych w kopalnych żywicach. Jak powiedział Jacek Szwedo, taksonomowie to obecnie "wymierający gatunek naukowców", podobnie jak paleentomolodzy. W skali światowej aktywnych jest około stu paleentomologów - naukowców zajmujących się skamielinami owadów. Dla porównania aktywnych paleontologów jest kilka razy więcej. Oprócz tego badania paleobiologiczne wymagają pracy zespołów interdyscyplinarnych, które łączą w sobie wiedzę i umiejętności z zakresu biologii, geologii, chemii czy fizyki.
"Takich wyzwań jest wiele [...] dostępność do nowoczesnych urządzeń badawczych takich jak np. mikrotomografy i koszty korzystania urządzeń badawczych i dostępu do laboratoriów i infrastruktury badawczej, no i brak ludzi do tej pracy. [...] Czyli krótko - ludzie i pieniądze."
- powiedział Jacek Szwedo
Zaczyna się od lupy i mikroskopu
Nie każda inkluzja od razu idzie pod specjalistyczną aparaturę służącą do badań. Podróż do laboratorium badawczego zawsze zaczyna się w ten sam sposób: najpierw wprawne oko, potem lupa, a następnie mikroskop świetlny. Zależnie od celu badań następnym etapem jest zastosowanie bardziej zaawansowanych technologii: obserwacji z wykorzystaniem światła spolaryzowanego, obserwacji z użyciem filtrów barwnych czy różnych źródeł światła - w tym m.in. laserowego czy UV, fluorescencji, mikroskopii konfokalnej czy mikrotomografii.
Inkluzje cieszyły się zainteresowaniem uczonych już od starożytności i to właśnie rozwój przewijającej się w metodologii badań mikroskopii w wiekach XVII i XVIII umożliwił znaczne lepsze i dokładniejsze opisywanie inkluzji.
Rozwój technologii pozwolił inkluzjom zawartym w bursztynie nomen omen rozwinąć skrzydła, gdyż do niedawna badania inkluzji wykonywane były jedynie z wykorzystaniem klasycznej mikroskopii świetlnej w świetle odbitym i przechodzącym. Obecnie wykorzystuje się szerzej inne rodzaje mikroskopii z zastosowaniem światła spolaryzowanego, różnych technik kontrastu fazowego, różnych źródeł oświetlenia, a do dokumentacji fotograficznej gatunków używa się cyfrowych metod archaizacyjnych, pozwalających na uchwycenie inkluzji w niezwykle wysokiej jakości i w takiej jakości ich przechowywanie. Swoją rolę w odkrywaniu świata zatopionego w bursztynie mają też coraz lepsze algorytmy i oprogramowanie umożliwiające tzw. image stacking, czyli składanie obrazu inkluzji z wielu warstw.
Przełomem dla paleoentomologów było zastosowanie mikrotomografii rentgenowskiej i promieniowania synchrotronowego, modelowanie 3D inkluzji.
"Niestety metody te nadal są drogie, zarówno ze względu na koszty aparatury i jej utrzymania, i nie zawsze możliwe do powszechnego wykorzystania. Kopalne żywice są materiałem bardzo trudnym w pracy, zarówno przy użyciu mikroskopii świetlnej jak i tomografii komputerowej potrzebne jest nieortodoksyjne podejście do tego materiału i czasami liczne próby, przestrajanie instrumentarium, zanim osiągnie się zadowalający rezultat."
- podsumował Jacek Szwedo
Inkluzje w bursztynie oknem na przeszłość
Jak mówi Jacek Szwedo, inkluzje zawarte w żywicach kopalnych ale także w skałach osadowych są naszym oknem w przeszłość, oknem na dawne środowiska, dawne ekosystemy, ich klimat, istniejące w nich powiązania ekologiczne i środowiskowe organizmów. Ponadto stanowią one świadectwo procesów ewolucyjnych oraz dokumentację dawniej żyjących organizmów, z których wywodzą się formy występujące współcześnie.
To właśnie dzięki badaniom inkluzji i innych owadów kopalnych, nauka jest w stanie interpretować i wizualizować jak wyglądały środowiska w dawnych okresach geologicznych, w czasach zmian klimatycznych. W obecnej sytuacji gwałtownych zmian środowiskowych znajomość przeszłych wypadków jest fundamentalna, dla zrozumienia zjawisk w środowisku dziejących się obecnie.
Dlatego też na owady, rośliny i inne organizmy zatopione w bursztynie nie powinniśmy patrzeć jak na okaz, który zachwyciłby nie jedną damę żądną unikatowej kolii, a jak na jedyny w swoim rodzaju zapis historii naszej planety.
