Metabolity jako okno na prehistoryczny świat
Metabolity to drobne cząsteczki biorące udział w niezliczonych procesach metabolicznych organizmów żywych: od trawienia po reakcje obronne. Dotąd uważano, że tego typu związki są zbyt delikatne, by przetrwać proces fosylizacji w skali milionów lat. Timothy Bromage z NYU College of Dentistry postanowił zweryfikować to założenie, wychodząc z przekonania, że jeśli w skamieniałościach zachowują się białka, to może również przetrwać część innych biomolekuł.
Czytaj też: Prehistoryczne grupy żyły ponad 100 lat. Naukowcy zbadali ich DNA, aby poznać przepis na długowieczność
Zawsze interesowałem się metabolizmem, w tym tempem metabolizmu kości, i chciałem wiedzieć, czy możliwe byłoby zastosowanie metabolomiki do skamielin w celu badania wczesnego życia. Okazuje się, że kości, w tym skamieniałe, są wypełnione metabolitami – wyjaśnia
Zespół poddał analizie osiem skamieniałych fragmentów kości pochodzących z kluczowych stanowisk paleontologicznych w Afryce, w tym ze słynnego Wąwozu Olduvai w Tanzanii. Stanowiska te są niezwykle ważne dla badań nad ewolucją człowieka.
Ślady prastarej choroby w kości wiewiórki
Do identyfikacji cząsteczek badacze wykorzystali zaawansowaną spektrometrię masową. Metodę przetestowali najpierw na współczesnych kościach myszy, a następnie przystąpili do analizy skamielin. W kości gryzoni, antylopy, świni i słonia wykryli tysiące metabolitów, z których wiele pełniło te same funkcje co u dzisiejszych zwierząt. Najbardziej zaskakujące odkrycie dotyczyło jednak kości wiewiórki ziemnej sprzed 1,8 miliona lat, znalezionej w Olduvai. Naukowcy znaleźli w niej molekularny dowód zakażenia śpiączką afrykańską, czyli chorobą wywoływaną przez pasożyta Trypanosoma brucei, przenoszonego przez muchy tse-tse. To najstarsza jak dotąd diagnoza tej choroby w materiale kopalnym.
To, co odkryliśmy w kości wiewiórki, to metabolit unikalny dla biologii tego pasożyta, który uwalnia ten metabolit do krwiobiegu swojego żywiciela. Widzieliśmy również metaboliczną odpowiedź przeciwzapalną wiewiórki, przypuszczalnie z powodu pasożyta – dodaje Bromage
Czytaj też: Niezwykłe ropuchy odkryte w Tanzanii. Nie składają jaj
Metody te pozwoliły również na identyfikację metabolitów charakterystycznych dla określonych roślin, takich jak aloes czy szparagi, co z kolei rzuciło światło na dietę zwierząt i warunki panujące w ich środowisku. Obecność metabolitów konkretnych roślin stała się kluczem do rekonstrukcji paleoklimatu. Na przykład aloes jest wskaźnikiem bardzo specyficznych warunków, czyli określonej temperatury, wilgotności i rodzaju gleby. Analiza tych związków wskazała, że we wszystkich badanych lokalizacjach panował kiedyś klimat cieplejszy i bardziej wilgotny niż obecnie. Wąwóz Olduvai w najstarszych warstwach był środowiskiem leśnym z dostępem do słodkiej wody, by z czasem przekształcić się w suchszy las z obszarami bagiennymi. Mechanizm przetrwania tak kruchych cząsteczek przez miliony lat wiąże się prawdopodobnie z tym, że zostały one uwięzione w mikroskopijnych przestrzeniach wewnątrz kości, w środowisku strukturalnie związanej wody, które zabezpieczyło je przed rozkładem.
Co dalej z paleometabolomiką?
Nowa dziedzina otwiera fascynujące możliwości, bo zamiast jedynie wnioskować o wyglądzie czy pokrewieństwach, możemy zacząć badać fizjologię, dietę i zdrowie wymarłych organizmów. To potężne narzędzie, choć na razie znajduje się w bardzo wczesnej fazie rozwoju. Sukces z kilkoma próbkami to dopiero początek; prawdziwym testem będzie zastosowanie metody do szerszego spektrum skamieniałości z różnych okresów i lokalizacji.