Команда английских специалистов, геологов и материаловедов, применила новый метод для анализа ископаемых костей динозавров. Они взяли для изучения восемь случайно выбранных костей разных динозавров из разных местонахождений. В шести из них они обнаружили остатки органического вещества. Скорее всего, это фрагменты тканей, содержащих коллаген и эритроциты. Это исследование показывает, насколько современная наука недооценивает возможность сохранения биомолекул в ископаемой летописи, и, соответственно, обедняет поле своей деятельности.

Рис. 1. Организованный в переплетенные тяжи, коллаген обеспечивает прочность любому биоматериалу. Искусственная кость воспроизведена на коллагеновой матрице, заполненной наночастицами апатита. Так формируется любая кость, поэтому высока вероятность найти в окаменевшей кости именно коллаген. Фото с сайта gizmag.com

Новая работа, опубликованная в журнале Nature Communications группой ученых из Имперского колледжа Лондона, продолжает интереснейшую тему: какие органические биоматериалы могут сохраняться в окаменевших остатках? Мир уже знаком с ископаемыми ДНК, которые дают ощутимое представление о филогенетических связях вымерших и современных видов, в том числе и гоминид. Также кое-какая информация стала появляться и об ископаемых белках. Около десяти лет назад впервые было обнародовано осторожное предположение о находках коллагена в костях динозавров (Коллаген из костей динозавров — это уже реальность, «Элементы», 20.04.2007). Через несколько лет эти данные, сначала оспоренные, затем подтвержденные, снова поступили в научный обиход. К тому времени нашлись и другие ископаемые материалы, содержащие белковые молекулы (Новые данные подтвердили возможность сохранения белков в костях динозавров, «Элементы», 04.05.2009; Коллаген из костей вымерших животных подтверждает родство динозавров с птицами, а мастодонтов — со слонами, «Элементы», 25.04.2008). Нужно отметить, что за это время ученые стали серьезнее относиться к идее сохранения органического вещества в ископаемых остатках. Так, в любопытной работе немецких палеонтологов смело утверждается возможность сохранения хитина в ископаемых кембрийских губках (H. Ehrlich et al., 2013. Discovery of 505-million-year old chitin in the basal demosponge Vauxia gracilenta); а тут счет идет не на десятки, а уже на сотни миллионов лет. Но всё же белки в некотором роде перспективнее хитина, так как по ним можно реконструировать фрагменты генетической информации о носителе. Так что вернемся к белкам динозавров.

Лондонские специалисты взяли для анализа обычные окаменевшие фрагменты костей динозавров из разных местонахождений. Обычные в том смысле, что по их внешнему виду никак нельзя было заподозрить присутствие органического материала, как это свойственно для некоторых образцов из лагерштеттов (Lagerstätte). Затем изготовили из этих костей специальные препараты. И далее в этих образцах обнаружили органические фрагменты. Нужно отметить, что методика препарирования исключала возможность занесения современных загрязнений, именно поэтому ученые смогли решительно отстаивать свои в целом возмутительные выводы. Для изготовления образцов использовался фокусируемый ионный пучок. С его помощью можно вырезать из образца тончайшую и совершенно ровную пластину, а весь процесс происходит в аналитической камере аппарата. Поэтому образец, во-первых, не соприкасается со всеми окружающими источниками загрязнений и, во-вторых, получается идеально ровным. Неровный рельеф поверхности, как хорошо известно пользователям обычного сканирующего микроскопа, создает серьезные проблемы при количественном анализе химических элементов. Так что в этом случае присутствие древних органических фрагментов документировалось надежнейшим способом.

Из восьми исследованных костей в шести нашлись фрагменты органических тканей (рис. 2). Что это за ткани? В одном случае это были органические округлые тельца, напоминающие эритроциты. Правда, по размеру они были в разы меньше, чем эритроциты современных животных и птиц. В другом случае общий вид органических структур был похож на коллагеновые фибриллы в костях современных животных. На этот факт ученые обратили особенное внимание.

Рис. 2. Органические фрагменты (красных оттенков) на фоне неорганического матрикса (зеленый цвет) из четырех разных окаменелых костей динозавров. Цвет отражает плотность материала для сканирующего луча. На верхнем правом фото видны округлые тельца, напоминающие сморщенные эритроциты. На нижнем правом фото — обызвествленные органические тяжи. Фото из дополнительных материалов к обсуждаемой статье в Nature Communications

Понятно, что со временем белки (и любые биомолекулы) видоизменяются, разрушаются, теряют свою структуру, как пространственную, так и линейную. А в динозавровых образцах, пролежавших в земле около 75 миллионов лет, пространственная структура коллагена осталась узнаваемой (рис. 3).

Рис. 3. Слева — коллаген в костях кролика, справа — структура органических фибрилл в кости ноги гадрозавра. Хорошо виден характерный для коллагена полосчатый рисунок. Изображения сделаны просвечивающим электронным микроскопом. Длина масштабных отрезков 0,5 мкм. Фото из дополнительных материалов к обсуждаемой статье в Nature Communications

С помощью масс-спектрометрии в органических образцах определили несколько аминокислот, доказав, что это действительно белки. Метод масс-спектрометрии не слишком чувствителен для решения более конкретных задач: что это за аминокислоты, сколько их, какова их последовательность. Теперь усилия ученых должны переместиться в область детальных биохимических определений. Вполне возможно, что с современной аппаратурой ответы не заставят себя долго ждать.

В действительности, эта работа важна не столько частным открытием коллагена в окаменелых костях, сколько общим идеологическим подходом. Мы слишком мало знаем о том, почему и как сохраняются мягкие ткани в ископаемой летописи, так что никаких заключений о вероятности подобных находок делать сейчас нельзя. Но пока получается, что практически в любой окаменелости (или, по крайней мере, во многих) можно найти остатки древних органических тканей. Для сохранения органического материала не требуется никакое сверхредкое сочетание условий и не нужен сверхудачливый натуралист, который найдет это местонахождение, а уж найдя, осчастливит этим материалом аналитика. Напротив, аналитик может взять любую кость и, тщательно ее изучив, осчастливить публику самыми неожиданными заключениями.

Мы знаем примеры такого переворота: от единичных находок к массовым исследованиям. Так было, например, с изучением древней ДНК. В конце 90-х годов выделение неандертальской ДНК казалось чудесной случайностью. Теперь, спустя всего 15 лет, выделение древней ДНК стало почти рутиной. Просто нужно отработать методику подобных исследований. Вероятно, с ископаемыми белками так произойдет в самое ближайшее время.

Источник: Sergio Bertazzo, Susannah C. R. Maidment, Charalambos Kallepitis, Sarah Fearn, Molly M. Stevens & Hai-nan Xie. Fibres and cellular structures preserved in 75-million-year-old dinosaur specimens // Nature Communications. 2015. V. 6. DOI: 10.1038/ncomms8352.

Автор: Елена Наймарк