Ως επιστήμονας, η εργασία στο εργαστήριο μπορεί μερικές φορές να είναι μονότονη. Όμως το 2017, ενώ ένας Ph.D. Ως φοιτητής παλαιοβιολογίας στο Πανεπιστήμιο του Μπρίστολ στο Ηνωμένο Βασίλειο, άκουσα ένα χαρούμενο επιφώνημα από όλη την αίθουσα. Η Kirsty Penkman, επικεφαλής του North East Amino Acid Racemization Lab στο Πανεπιστήμιο του York, μόλις είχε διαβάσει τα δεδομένα που ήταν τυπωμένα στα χρωματογραφήματα και πρακτικά πηδούσε πάνω-κάτω.
Το όργανο είχε ανιχνεύσει ενδεικτικές υπογραφές αρχαίων αμινοξέων στο κέλυφος του αυγού. Τα αμινοξέα είναι τα δομικά στοιχεία που συνθέτουν τις πρωτεϊνικές αλληλουχίες σε ζωντανούς οργανισμούς. Αλλά αυτό δεν ήταν απλώς ένα τσόφλι αυγού. Ήταν ένα απολίθωμα ενός τιτανόσαυρου, ενός γιγαντιαίου φυτοφάγου δεινοσαύρου που έζησε περίπου 70 εκατομμύρια χρόνια πριν.
Δεν έχει επιβιώσει πολύ οργανικό υλικό εδώ και εκατομμύρια χρόνια, περιορίζοντας την ικανότητα των επιστημόνων να μελετούν τη βιολογία των εξαφανισμένων οργανισμών σε σύγκριση με τους σύγχρονους οργανισμούς των οποίων οι πρωτεΐνες και το DNA μπορούν να αναλυθούν. Όπως υπέδειξε ο ενθουσιασμός του Penkman, αυτά τα αμινοξέα ήταν εξαιρετικά.
Στην πραγματικότητα, αυτό το αποτέλεσμα ήρθε απροσδόκητα ως μέρος των προσπαθειών της ομάδας μας να δοκιμάσει ισχυρισμούς σχετικά με τη διατήρηση σχεδόν παρθένων πρωτεϊνών σε οστά δεινοσαύρων. Είχα φέρει αρκετά απολιθωμένα οστά στο Penkman, αλλά τα αποτελέσματα έδειξαν ότι δεν είχαν διατηρηθεί αρχικά αμινοξέα και ότι είχαν μολυνθεί ακόμη και από μικρόβια από το περιβάλλον στο οποίο ήταν θαμμένα.
Η δοκιμή απολιθωμάτων από κέλυφος αυγών δεν ήταν καν μέρος του αρχικού ερευνητικού μας σχεδίου.
Ορφανά θραύσματα απολιθωμάτων
Ωστόσο, μόλις είχα δει ότι η συνάδελφός μου Beatrice Demarchi, ο Penkman και η ομάδα τους είχαν ανακαλύψει σύντομες αλληλουχίες πρωτεΐνης σε κελύφη αυγών πουλιών ηλικίας 3,8 εκατομμυρίων ετών. Υπέθεσα ότι αν τα κελύφη των αυγών των δεινοσαύρων δεν περιείχαν αρχέγονες πρωτεΐνες, τα οστά τους πιθανότατα δεν θα διατηρούσαν καμία από αυτές και ήθελα να δω αν αυτό συνέβαινε. Ευτυχώς είχαμε μια πηγή από τσόφλια αυγών δεινοσαύρων.
Γύρω στο 2000, πολλά θραύσματα κελύφους αυγών εξήχθησαν παράνομα από την Αργεντινή στην εμπορική αγορά. Ως παιδί με εμμονή με απολιθώματα, μου έδωσαν ακόμη και ένα κομμάτι σε μέγεθος νομίσματος από ένα κατάστημα ορυκτών των ΗΠΑ. Ο Penkman και εγώ δοκιμάσαμε αυτό το κομμάτι καθώς και ένα άλλο απόσπασμα από το κατάστημα δώρων ενός ευρωπαϊκού μουσείου.
Αυτά τα απολιθώματα απέκτησαν κάποια επιστημονική αξία επειδή δεν ανήκαν σε συλλογή μουσείου. Δεν χρειάστηκε να ανησυχούμε μήπως καταστραφούν κατά την ανάλυση. Προς έκπληξή μας, είχαμε τη σπάνια ευκαιρία να εξετάσουμε αρχαία οργανικά υπολείμματα δεινοσαύρου.
Αμινοξέα στο κέλυφος του αυγού
Εμπνευσμένη από αυτήν την αρχική ανακάλυψη, η μεγάλη, διεθνής ομάδα μας ανέλυσε επιπλέον τσόφλια αυγών δεινοσαύρων από την Αργεντινή, την Ισπανία και την Κίνα χρησιμοποιώντας μια ποικιλία τεχνικών. Αν και ορισμένα τσόφλια αυγών διατήρησαν τα αμινοξέα πολύ καλύτερα από άλλα, συνολικά τα στοιχεία δείχνουν ότι αυτά τα μόρια ήταν αρχαία και αρχέγονα, πιθανώς μεταξύ 66 και 86 εκατομμυρίων ετών.
Καθώς η ζωή προχωρούσε, πρωτεΐνες που συνέβαλαν στην ασβεστοποίηση του κελύφους του αυγού παγιδεύτηκαν στους μεταλλικούς κρυστάλλους. Ωστόσο, τα υπόλοιπα αμινοξέα που ανιχνεύσαμε αποτελούνταν από ελεύθερα μόρια που είχαν σπάσει τις πρωτεϊνικές τους αλυσίδες μέσω αντιδράσεων με το νερό. Ανακαλύψαμε μόνο μερικά από τα πιο σταθερά αμινοξέα. Έλειπαν λιγότερο σταθερά δείγματα επειδή είχαν αποσυναρμολογηθεί.
Τα υπόλοιπα αμινοξέα ήταν αυτό που οι χημικοί αποκαλούν «ρακεμικό». Τα αμινοξέα μπορούν να εμφανιστούν σε αριστερόχειρες ή δεξιόχειρες διαμόρφωση. Οι ζωντανοί οργανισμοί ρυθμίζουν τα αμινοξέα τους έτσι ώστε να εμφανίζονται σχεδόν αποκλειστικά στην αριστερόχειρη διαμόρφωση. Μετά το θάνατο του οργανισμού, τα αμινοξέα μπορούν να μετατραπούν μεταξύ των χεριών μέχρι να φτάσουν τα 50-50 μείγματα και των δύο διαμορφώσεων.
Ένα μείγμα 50:50 ονομάζεται «ρακεμικό» και υποδηλώνει ότι τα αμινοξέα διαχωρίστηκαν από τις πρωτεϊνικές τους αλυσίδες πριν από πολύ καιρό.
Ασβεστίτης, αρχείο αμινοξέων
Τα αποτελέσματα από τα τσόφλια αυγών των δεινοσαύρων μας έδειξαν μεγαλύτερη υποβάθμιση από τα απολιθώματα νεότερων αυγών πουλιών και μαλακίων. Τα αποτελέσματά μας ήταν επίσης συνεπή με εκείνα από πειράματα στα οποία τα τσόφλια αυγών εκτέθηκαν σε θερμότητα στο εργαστήριο, προσομοιώνοντας την υποβάθμιση για χιλιάδες ή εκατομμύρια χρόνια.
Οι οργανισμοί ενισχύουν αυτά τα κελύφη με έναν τύπο ορυκτού ανθρακικού ασβεστίου που ονομάζεται ασβεστίτης. Σε αντίθεση με το φωσφορικό ασβέστιο που συνθέτει τα οστά, ο ασβεστίτης μπορεί να λειτουργήσει ως ένα κλειστό σύστημα παγιδεύοντας τα προϊόντα των πρωτεϊνών που εμπλέκονται στην ασβεστοποίηση καθώς διασπώνται, συμπεριλαμβανομένων των ελεύθερων αμινοξέων που διαχωρίζονται από τις πρωτεϊνικές αλληλουχίες. Αυτό το κλειστό σύστημα μας επέτρεψε να παρακολουθούμε τα αμινοξέα στις αναλύσεις μας.
Στην πραγματικότητα, τα κελύφη των αυγών πτηνών είναι από τα καλύτερα υλικά για την εύρεση διατηρημένων πρωτεϊνικών αλληλουχιών σε απολιθώματα, για να μην αναφέρουμε τα ελεύθερα αμινοξέα. Η ομάδα του Demarchi ανακάλυψε σύντομες, άθικτες αλληλουχίες αμινοξέων ακόμα δεμένες σε μια αλυσίδα από κελύφη αυγών πουλιών ηλικίας τουλάχιστον 6,5 εκατομμυρίων ετών.
Άλλοι ερευνητές ισχυρίστηκαν ότι βρήκαν παλαιότερα αμινοξέα, καθώς και πιο ακραίους και λιγότερο πιθανούς ισχυρισμούς σχετικά με διατηρημένες πρωτεϊνικές αλληλουχίες. Ωστόσο, η μελέτη μας χρησιμοποιεί ένα ευρύτερο φάσμα μεθόδων και αναφέρει το καλύτερο σήμα για σταθερά μόρια σε έναν ιστό που τώρα γνωρίζουμε ότι διατηρεί καλά τα μόρια.
Τα αμινοξέα των δεινοσαύρων μας θα μπορούσαν να κρατήσουν το ρεκόρ για το παλαιότερο υλικό που σχετίζεται με πρωτεΐνες που έχει βρεθεί μέχρι σήμερα για το οποίο υπάρχουν πολύ ισχυρές ενδείξεις και η πρώτη σαφής απόδειξη ενός δεινοσαύρου Μεσοζωικού.
Ρίξτε μια ματιά πίσω στο χρόνο με τον ασβεστίτη
Η γενετική αλληλουχία στο DNA, που τελικά εκφράζεται σε πρωτεΐνες, παρέχει έναν πηγαίο κώδικα για οργανισμούς που οι επιστήμονες μπορούν να μελετήσουν. Ωστόσο, εάν μόνο ένα μέρος των αμινοξέων διατηρείται στο απολίθωμα, είναι σαν να αφαιρούνται όλα τα γράμματα εκτός από πέντε από ένα βιβλίο – η λογοτεχνική ανάλυση είναι σχεδόν αδύνατη. Ποια μηνύματα λοιπόν από την αρχαία ζωή θα μπορούσαν να διατηρηθούν σε αυτές τις χρονοκάψουλες από ασβεστίτη;
Ένα βιολογικά πληροφοριακό σήμα θα μπορούσε να περιλαμβάνει σταθερά ισότοπα, τα οποία είναι άτομα του ίδιου στοιχείου με διαφορετικές μάζες. Οι επιστήμονες μπορούν να εξετάσουν τις σταθερές αναλογίες ισοτόπων άνθρακα, οξυγόνου ή αζώτου για να μάθουν περισσότερα για την πηγή τους, όπως τη διατροφή του ζώου. Δεδομένου ότι ο ασβεστίτης του κελύφους του αυγού είναι ένα κλειστό σύστημα, είναι πιο πιθανό οι σταθερές αναλογίες ισοτόπων στα αμινοξέα του να προέρχονται απευθείας από τον δεινόσαυρο παρά από εξωτερική μόλυνση.
Σε μελλοντική έρευνα, η ομάδα μας θα ψάξει ακόμη περισσότερο στο παρελθόν χρησιμοποιώντας απολιθώματα. Οι οργανισμοί εκτός από τους δεινόσαυρους που γεννούν αυγά ενίσχυσαν τους ιστούς τους με ασβεστίτη. Για παράδειγμα, τα θαλάσσια αρθρόποδα που ονομάζονται τριλοβίτες και ζούσαν πριν από περισσότερα από μισό δισεκατομμύριο χρόνια είχαν ασβεστίτη στα μάτια τους.
Η μελέτη παλαιότερων υπολειμμάτων θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να κατανοήσουν τις μοριακές αλλαγές που συμβαίνουν στα απολιθώματα για μεγάλες χρονικές περιόδους. Ο απολιθωμένος ασβεστίτης, η μοριακή χρονοκάψουλα της Γης, θα μπορούσε να δώσει στους ερευνητές αμυδρές ιστορίες μακροχρόνιας ζωής για να κατανοήσουν καλύτερα τη βιολογία τους.
Τα ορφανά τσόφλια αυγών που χρησιμοποιήθηκαν στην αρχική μας ανάλυση είχαν αίσιο τέλος. Βρήκαν τελικά ένα νέο σπίτι στο Museo Provincial Patagonico de Ciencias Naturales της Αργεντινής, ένα μουσείο φυσικών επιστημών στην Παταγονία που επαναπατρίστηκε στη μοναδική επαρχία που είναι γνωστό ότι παράγει αυτόν τον τύπο μικροσκοπικής δομής κελύφους αυγών.
Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύτηκε από το The Conversation, έναν μη κερδοσκοπικό, ανεξάρτητο ειδησεογραφικό οργανισμό που σας φέρνει γεγονότα και αξιόπιστες αναλύσεις για να σας βοηθήσει να κατανοήσετε τον περίπλοκο κόσμο μας. Το έγραψε ο: Evan Thomas Saitta, Πανεπιστήμιο του Σικάγο
Διαβάστε περισσότερα:
Αυτή η έρευνα υποστηρίχθηκε από το Bob Savage Memorial Fund του Πανεπιστημίου του Μπρίστολ και το Leverhulme Trust (PLP-2012-116).