Подтверждено сохранение гемоглобина в костях динозавров с помощью точной визуализации
Новое исследование Университета штата Северная Каролина идентифицировало гемоглобин позвоночных в костных экстрактах двух динозавров и показало, что эта молекула является оригинальной для этих животных. Работа также демонстрирует, как гем — небольшая молекула, придающая гемоглобину способность переносить кислород в крови, — деградирует со временем. Исследование не только добавляет доказательств тому, что биологические остатки могут сохраняться в течение огромных промежутков времени в некоторых окаменелостях, но и даёт новое представление о процессе фоссилизации.
Мягкие, эластичные ткани, извлечённые из двух динозавров — Brachylophosaurus canadensis и Tyrannosaurus rex — были предметом многочисленных исследований за последние два десятилетия. Учёные использовали различные методы, включая высокоразрешающую визуализацию, тестирование антител и секвенирование белков, чтобы охарактеризовать эти остатки как биологические ткани самих динозавров.
В новом исследовании, опубликованном в Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, учёные использовали метод резонансной рамановской (RR) визуализации тканей, чтобы подтвердить наличие как гема, связанного с глобиновыми белками, так и гема, связанного с гётитом — минералом, ассоциированным с окислением железа.
"Рамановская спектроскопия, по сути, использует световые волны для определения энергетического 'отпечатка пальца' молекулы, — говорит Ханс Халлен, профессор физики в NC State и автор-корреспондент исследования. — Резонансная рамановская спектроскопия, которую мы здесь применяем, делает этот процесс на шаг дальше, используя свет, уже настроенный на интересующую молекулу, — так что резонировать будет только этот тип молекул".
"Кроме того, этот тип молекул резонирует, давая более высокий уровень сигнала, так что его сигнал 'подавляет' сигналы от других типов молекул, — добавляет Халлен. — Этот сильный сигнал позволяет нам найти иголку (остатки гемоглобина) в стоге сена (хаотичной окаменелости), чтобы увидеть, как эта молекула изменилась по сравнению с функциональным живым состоянием, раскрывая химические изменения, которые молекулы претерпевают в глубине времён".
Исследователи использовали RR для нацеливания на молекулы со связью гем-глобин. Они изучили образцы от Brachylophosaurus, T. rex, деминерализованной современной кости страуса и человеческой крови.
"Увеличение сигнала показывает, что гемоглобин присутствует, но изменения в сигнале также позволяют нам увидеть, что по мере деградации гемоглобина на железе внутри него может образовываться гётит, — говорит Халлен. — Мы также можем точно определить, где повреждается кольцевая структура гема. И мы наблюдали этот процесс как в современных, так и в древних образцах, поэтому знаем, что он происходит довольно быстро после смерти".
Результаты также исключают возможность загрязнения образцов.
"Рамановская спектроскопия скажет вам, какие молекулярные связи присутствуют, но молекулярные связи не уникальны, поэтому эти связи могут происходить откуда угодно, — говорит Мэри Швайцер, заслуженный профессор биологии в NC State и соавтор исследования. — RR идентифицирует как связи, так и структуру. Таким образом, мы знаем, что гем там есть и что он всё ещё связан с белком гемоглобина — у загрязнителей, таких как бактерии, нет этих специфических связей, поэтому мы можем утверждать, что молекулы происходят от животного, или, в данном случае, от динозавра".
Исследователи также отмечают, что понимание того, как гем деградирует и изменяется со временем, может помочь объяснить, как происходит фоссилизация и почему молекулы могут сохраняться в течение миллионов лет.
"Хотя главное открытие заключается в том, что мы можем использовать RR, чтобы показать, что фрагменты гемоглобина могут сохраняться десятки миллионов лет, мы также получили невероятное представление о том, как молекула изменилась, — говорит Халлен. — Гётит — это минеральный кристалл, который, как известно, имеет биологическое происхождение; то есть он образуется в результате биологического действия. Но мы не знали, что он может связываться со фрагментами белка и стабилизировать их".
"Гем был идентифицирован в отложениях, которые намного, намного старше динозавров, поэтому мы знаем, что он сохраняется, — говорит Швайцер. — Понимание того, почему гемоглобин сохраняется, и роли, которую гем играет в этом процессе, действительно важно, если мы хотим знать, как эти древние молекулы выживают с течением времени".