По први пут, истраживачи су успешно испитали молекуле везане за метаболизам сачуване унутар фосилизованих костију животиња које су живеле пре између 1,3 и 3 милиона година. Ови хемијски трагови нуде редак увид у саме животиње и окружења у којима су некада живели.
Анализом метаболичких сигнала везаних за здравље и исхрану, научници су успели да реконструишу детаље о древним климама и пејзажима, укључујући температуру, услове тла, падавине и вегетацију. Резултати, објављени у Природауказују на средине које су биле знатно топлије и влажније од оних које се данас налазе у истим регионима.
Проучавање метаболита – молекула произведених и коришћених у варењу и другим хемијским процесима у телу – може открити информације о болести, исхрани и изложености животној средини. Док је метаболомика постала моћно средство у савременим медицинским истраживањима, ретко се примењивала на фосиле. Уместо тога, већина студија древних остатака ослања се на ДНК, која углавном помаже у успостављању генетских односа, а не на свакодневну биологију.
„Одувек сам имао интересовање за метаболизам, укључујући и брзину метаболизма костију, и желео сам да знам да ли би било могуће применити метаболомику на фосиле за проучавање раног живота. Испоставило се да је кост, укључујући фосилизовану кост, испуњена метаболитима“, рекао је Тимоти Бромаге, професор молекуларне патобиологије на Универзитету у Њујорку и Универзитет у Њујорку. Антропологије, који је водио међународни истраживачки тим.
Зашто фосилне кости могу сачувати хемију
Последњих година научници су открили да колаген – протеин који обезбеђује структуру костима, кожи и везивном ткиву – може да преживи у древним костима, укључујући фосиле диносауруса.
„Мислио сам, ако је колаген сачуван у фосилној кости, онда су можда и други биомолекули заштићени у микроокружењу костију“, рекао је Бромаге, који води Јединицу за истраживање тврдих ткива на НИУ Цоллеге оф Дентистри.
Површине костију су порозне и испуњене ситним мрежама крвних судова који размењују кисеоник и хранљиве материје са крвотоком. Бромаге је предложио да током раста костију, метаболити који циркулишу у крви могу бити заробљени унутар микроскопских простора унутар кости, где би могли остати заштићени милионима година.
Да би тестирао ову идеју, тим је користио масену спектрометрију, технику која претвара молекуле у наелектрисане честице за идентификацију. Тестови на модерним костима миша открили су скоро 2.200 метаболита. Исти приступ је такође омогућио истраживачима да открију протеине колагена у неким узорцима.
Тестирање фосила из раних људских пејзажа
Истраживачи су затим применили ову методу на фосилизоване животињске кости које датирају од пре 1,3 милиона до 3 милиона година. Ови узорци потичу из ранијих ископавања у Танзанији, Малавију и Јужној Африци, регионима познатим по раним људским активностима.
Фосили су припадали животињама чији модерни рођаци и данас живе у близини тих локација. Тим је анализирао кости глодара (миш, веверица, гербил), као и веће животиње, укључујући антилопу, свињу и слона. Идентификоване су хиљаде метаболита, од којих су многи веома слични онима пронађеним у живим врстама.
Здравствена дијета и болести написане у костима
Многи од откривених метаболита одражавају нормалне биолошке процесе, као што је разградња аминокиселина, угљених хидрата, витамина и минерала. Неки хемијски маркери су били повезани са генима повезаним са естрогеном, што указује да су одређене фосилизоване животиње биле женке.
Други молекули су открили знаке болести. У једном упечатљивом случају, кост веверице из клисуре Олдуваи у Танзанији, датирана пре око 1,8 милиона година, показала је доказе инфекције паразитом који изазива болест спавања код људи. Болест изазива Трипаносома бруцеи, а шире је муве цеце.
„Оно што смо открили у кости веверице је метаболит који је јединствен за биологију тог паразита, који ослобађа метаболит у крвоток свог домаћина. Такође смо видели метаболомски антиинфламаторни одговор веверице, вероватно због паразита“, рекао је Бромаге.
Праћење древне дијете и окружења
Хемијски докази су такође открили које биљке су животиње конзумирале. Иако су базе података о биљним метаболитима далеко мање потпуне од оних за животиње, истраживачи су идентификовали једињења повезана са регионалним биљкама као што су алоја и шпаргле.
„То значи да је, у случају веверице, грицкала алоју и те метаболите однела у сопствени крвоток“, објаснио је Бромаге. „Пошто су услови животне средине алоје веома специфични, сада знамо више о температури, падавинама, условима тла и крошњи дрвећа, у суштини реконструишући окружење веверице. Можемо да изградимо причу око сваке животиње.“
Ова реконструисана станишта су у складу са претходним геолошким и еколошким истраживањима. На пример, корито клисуре Олдуваи у Танзанији је описано као слатководна шума и травњак, док горњи слој одражава сувље шуме и мочварна подручја. На свим проучаваним локацијама, фосилни докази доследно указују на климе које су биле влажније и топлије него данас.
„Коришћење метаболичких анализа за проучавање фосила може нам омогућити да реконструишемо окружење праисторијског света са новим нивоом детаља, као да смо данас теренски еколози у природном окружењу“, рекао је Бромаге.
Истраживачки тим и подршка
Додатни аутори студије су Бин Ху, Схер Поудел, Сасан Рабиех и Схосхана Иакар са НИУ Цоллеге оф Дентистри; Тхомас Неуберт, Цхристопхер Лавренце де Јесус и Хедиие Ердјумент-Бромаге са Медицинског факултета Гроссман НИУ; заједно са сарадницима из институција у Француској, Немачкој, Канади и Сједињеним Државама. Истраживање је подржала Тхе Леакеи Фоундатион, уз додатну подршку за скенирајући електронски микроскоп коју су обезбедили Национални институти за здравље (С10 ОД023659 и С10 РР027990).
