Naukowcy odczytali metabolity z kości sprzed 3 mln lat. Dzięki nim widzą klimat, dietę i choroby dawnych zwierząt.
Skamieniałe kości okazały się znacznie bogatszym źródłem informacji, niż sądzono. Naukowcom udało się wyłowić z nich tysiące cząsteczek powiązanych z metabolizmem zwierząt, które żyły od 1,3 do 3 mln lat temu. Te chemiczne ślady zdradzają, co jadły, na co chorowały i w jakim klimacie żyły, ukazując świat cieplejszy i bardziej wilgotny niż dziś.
Kości jak czarne skrzynki sprzed milionów lat
Przez lata badacze patrzyli na skamieniałości głównie jak na szkielet informacji: kształt kości pozwalał odtworzyć wygląd zwierzęcia, a DNA (jeśli w ogóle się zachowało) mówiło o jego pokrewieństwie z innymi gatunkami. Teraz pojawia się trzeci, zaskakujący poziom: chemia codziennego życia utrwalona w samym wnętrzu kości.
Zespół naukowców udowodnił, iż w skamieniałych kościach sprzed choćby 3 mln lat przez cały czas można znaleźć metabolity, czyli cząsteczki powstające w trakcie trawienia, oddychania komórkowego czy reakcji odpornościowych. To właśnie one opisują to, co organizm zjadł, z jaką infekcją walczył, jak funkcjonował jego metabolizm w konkretnym środowisku. O ile DNA odpowiada na pytanie, kto jest kim w drzewie rodowym, o tyle metabolity zaczynają opowiadać, jak żyło to konkretne zwierzę w konkretnym miejscu i czasie.
Dlaczego kości tak dobrze przechowują chemię życia?
Punktem wyjścia do tych badań były wcześniejsze odkrycia, iż w bardzo starych kościach potrafi przetrwać kolagen, czyli białko stanowiące rusztowanie tkanki kostnej, skóry i ścięgien. Skoro tak skomplikowana cząsteczka potrafi przetrwać miliony lat, pojawiło się pytanie, czy w mikroskopijnych zakamarkach kości nie zostało uwięzionych coś jeszcze.
Pamiętajmy, iż kość nie jest jednolitą bryłą. To materiał pełen porów i sieci mikroskopijnych kanalików, w których za życia zwierzęcia krążyła krew, tlen i składniki odżywcze. Badacze postawili hipotezę, iż część metabolitów z krwiobiegu mogła zostać dosłownie zamurowana w twardniejącej tkance. Gdy kość ulegała fosylizacji, czyli powolnemu zastępowaniu minerałami, te cząsteczki miały szansę przetrwać jak w kapsule czasu.
Aby to sprawdzić, naukowcy sięgnęli po spektrometrię mas – technikę, która rozbija cząsteczki na naładowane elektrycznie fragmenty i pozwala z nich odczytać chemiczny odcisk palca. Najpierw przetestowali metodę na kościach współczesnych myszy, w których znaleźli ponad 2 tys. różnych metabolitów. W części próbek potwierdzili też obecność kolagenu, co utwierdziło ich w przekonaniu, iż kość może być doskonałym archiwum chemicznym.
Od myszy do słoni sprzed 3 mln lat
Kolejny krok był znacznie trudniejszy. Trzeba było przenieść tę samą metodę na skamieniałe kości sprzed 1,3-3 mln lat. Naukowcy sięgnęli po materiał z Afryki Wschodniej i Południowej, a dokładniej z Tanzanii, Malawi i RPA. To regiony doskonale znane paleoantropologom jako ważne sceny w historii ewolucji człowieka, bogate w stanowiska z kośćmi dawnych ssaków.
W badanych próbkach znalazły się zarówno drobne zwierzęta – gryzonie takie jak myszy, susły czy gerbile – jak i większe ssaki: antylopa, świnia czy słoń. Co ważne, wszystkie miały dziś żyjących krewnych w tych samych regionach, co ułatwiało porównywanie sygnałów chemicznych.
Okazało się, iż skamieniałe kości wcale nie są martwe z chemicznego punktu widzenia. Zespół zidentyfikował w nich tysiące metabolitów, a wiele z nich bardzo mocno przypominało związki występujące w organizmach współczesnych gatunków. Innymi słowy: ślady codziennej chemii życia przetrwały w kościach dłużej niż samo DNA.
Dieta, płeć i choroby zapisane w jednej kości
Co konkretnie można z tego wyczytać? Część wykrytych metabolitów była związana z rozkładem białek, cukrów, witamin i soli mineralnych, czyli z normalnymi procesami metabolicznymi w organizmie. Pojawiły się też cząsteczki powiązane z działaniem hormonów płciowych, które pozwoliły stwierdzić, iż niektóre z analizowanych zwierząt były samicami.
Najbardziej spektakularny przypadek dotyczył jednak niewielkiego gryzonia – susła z niecki Olduvai w dzisiejszej Tanzanii, żyjącego około 1,8 mln lat temu. W jego kości badacze znaleźli metabolit charakterystyczny dla pierwotniaka wywołującego u ludzi śpiączkę afrykańską. Ten pasożyt jest do dziś przenoszony przez muchy tse-tse i znany z ciężkiego przebiegu choroby.
W tej samej próbce dostrzeżono ślady chemiczne reakcji obronnej gospodarza, a konkretniej cząsteczki związane z działaniem układu odpornościowego i stanem zapalnym. To niezwykle rzadki przypadek, kiedy jedna skamieniała kość opowiada równocześnie historię żyjącego w niej pasożyta i odpowiedzi organizmu, który próbował się bronić.
Co jedli mieszkańcy prehistorycznej sawanny?
Metabolity zdradziły też, co trafiało na talerz dawnych zwierząt. Bazy danych dla związków roślinnych są jeszcze niekompletne, ale mimo to udało się powiązać część cząsteczek z konkretnymi gatunkami roślin. W kości wspomnianego susła pojawiły się np. związki kojarzone z aloesem i szparagami.
To pozornie drobny szczegół, ale rośliny mają swoje wymagania. Aloes lubi określone temperatury, ilość opadów, typ gleby i zacienienie. jeżeli zwierzę regularnie podjadało takie rośliny, oznacza to, iż żyło w środowisku, które spełniało te warunki. Na tej podstawie badacze są w stanie odtworzyć nie tylko menu pojedynczego gryzonia, ale także obraz całej okolicy: od rodzaju gleby, przez wilgotność, po gęstość drzewostanu.
Co istotne, tak odtworzone środowiska dobrze zgadzają się z tym, co wcześniej wnioskowano z geologii czy analizy pyłków. W rejonach, z których pochodzą kości, panował klimat wyraźnie cieplejszy i bardziej wilgotny niż dziś, z mozaiką lasów, zarośli i trawiastych przestrzeni. Metabolity stają się więc kolejnym, niezależnym źródłem danych potwierdzającym tę wizję.
Nowe oko na świat, w którym rodził się człowiek
Dotąd rekonstrukcja dawnych ekosystemów opierała się głównie na szczątkach roślin, składzie izotopowym skał, zębach roślinożerców czy modelach klimatycznych. Analiza metabolitów otwiera nowy, bardzo bezpośredni kanał dostępu do przeszłości. Pozwala bowiem spojrzeć na świat sprzed milionów lat oczami terenowego ekologa, tyle iż z ogromnym opóźnieniem.
Z jednego fragmentu kości można dziś wyczytać, jakie rośliny rosły w okolicy, jakie choroby krążyły wśród zwierząt, jak funkcjonował ich metabolizm, a choćby jaka była ogólna kondycja organizmu. W połączeniu z danymi o tym, iż w tych samych krajobrazach pojawiali się już pierwsi przedstawiciele rodzaju Homo, daje to szansę na znacznie dokładniejsze zrozumienie, w jakim środowisku kształtowała się nasza linia ewolucyjna.
Oczywiście ta metoda dopiero raczkuje. Bazy metabolitów, zwłaszcza roślinnych, są wciąż niepełne, a nie wszystkie cząsteczki równie dobrze przetrwają próbę czasu. Mimo to już pierwsze wyniki pokazują, iż skamieniałe kości skrywają znacznie więcej, niż tylko informację o kształcie i DNA.
Jest tego więcej
Ustaw Spider’s Web jako preferowane medium w Google
