Výzkum porozity kostní tkáně fosilních savců z prostředí permafrostu (Jakutsko, Sibiř)

Bc. Gabriela Calábková

Master's thesis

Survey of bone porosity in fossil mammals discovered in permafroast environment (Jakutsk, Siberia)

Abstract:

Během fosilizace může být kost vystavena celé řadě faktorů, jež se ve fosilním záznamu odrazí v podobě změn mikrostruktury a chemického složení kostí tkáně. Užitím vhodných analýz můžeme zpětně odhalit povahu jednotlivých událostí a jejich dopad na zachování kosti. Předkládaná práce je zaměřena především na diagenetické změny porozity kostní tkáně a chemického složení hydroxyapatitu v důsledku činnosti mikroorganismů. Jako výzkumný materiál posloužily metakarpální kosti bizona a koně, jež pocházejí z naleziště fosilní fauny ve východní Sibiři z období svrchního úseku viselského pleniglaciálu. Zatímco kost bizona byla odebrána přímo z permafrostu, kost koně byla asi před 20 lety uvolněna ze zmrzlé stěny, což se nevlídně podepsalo na jejím zachování. Elektronový mikroskop (BSE-SEM) podal svědectví o rozsáhlém mikrobiálním napadení kosti koně, což se projevilo i na rtuťové porozimetrii (HgIP) výrazným zvýšením póru o průměru 350 nm. Kost bizona vykazovala vynikající zachování na BSE-SEM a objemová distribuce póru odpovídala téměř čerstvé kosti. Elektronová mikrosonda doložila přeměnu hydroxyapatitu na karbonát-apatit a to v případě obou studovaných kostí. U kosti koně došlo navíc k začlenění Fe, Sr, Ba a Mn do struktury biopatitu na místo vápníku prostřednictvím difúze z pórových vod. Přímý doklad o změnách chemismu kosti v důsledku činnosti mikroorganismů může představovat výskyt vivianitu, jenž vyplňoval póry uvnitř kosti koně a povlaky vysrážené na téže kosti tvořené oxidy manganu.

Abstract:

A bone can be exposed to a variety of factors during fossilizitaion that are reflected in fossil record in the form of changes in the microstructure and chemical composition of bone tissue. Using appropriate analysis, we can rediscover the character of individual events and their impact on preserving bones. Presented work is focused on diagenetic changes in bone porosity and chemical composition of hydroxyapatite as a result of microbial activity. The research material was derived from metacarpal bones from bison and horse, found in eastern Siberia from Upper Weichselian pleniglacial. The bison bone was taken directly from permafrost, while the horse bone had been released about 20 years ago from the frozen wall, which is a negatively reflected on its preservation. An extensive microbial infestation in horse bone was discovered using electron microscope (SEM-BSE) and it is also supported by mercury porosimetry (HgIP) which indicates a significant increase in pore diameter of 350 nm. The bison bone showed excellent preservation at BSE-SEM and pore volume distribution corresponded to almost fresh bones. Electron microprobe demonstrated the conversion of hydroxyapatite to carbonate-apatite in both studied bones. Moreover, Fe, Sr, Ba and Mn from horse bone sample were incorporated into the structure of bioapatite instead of calcium by diffusion from pore water. Direct evidence of changes in chemistry of the bones due to activity of microorganisms may represent vivianite, which filled the pores inside the horse bone, and manganese oxides that formed coatings on the surface of the same bone.

Keywords

Porozita kosti, mikrobiální napadení, bioapatit, vivianit, BSE-SEM, HgIP, elektronová mikrosonda, Jakutsko, permafrost, Visla, Bone porosity, microbial attack, bioapatite, vivianite, electron microprobe, Jakutsk, Siberia, Weichselian glaciation

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 19. 5. 2016

Thesis defence

• Date of defence: 16. 6. 2016
• Supervisor: doc. Mgr. Martin Ivanov, Dr.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Geology / Geology