16.06.2015

В костях динозавров найдены сохранившиеся молекулы белков

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.

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. 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. 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; а тут счет идет не на десятки, а уже на сотни миллионов лет. Но все 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 (Lagerstatte). 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.

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).

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.

Елена Наймарк

Источники:

1. elementy.ru