REKLAMA


 

REKLAMA


 

Południowa ściana kamieniołomu w Żyglinie. Południowa ściana kamieniołomu w Żyglinie. Barbara Kremer

Badania paleontologiczne obejmują nie tylko skamieniałe kości, lecz również tkanki miękkie takie jak naczynia krwionośne. Dzięki zastosowaniu nowych metod możemy poznać budowę wewnętrzną triasowych kręgowców.


Surmak_Dawid

Autorem tekstu jest
mgr Dawid Surmik

Park Nauki i Ewolucji Człowieka, Krasiejów
e-mail: Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.  

 

Mgr Dawid Surmik jest paleontologiem, absolwentem Wydziału Nauk o Ziemi Uniwersytetu Śląskiego. W latach 2010–2014 był doktorantem Instytutu Paleobiologii PAN. Przygotowuje pracę doktorską z tafonomii molekularnej triasowych gadów morskich.


Skamieniałe tkanki miękkie, takie jak naczynia krwionośne, komórki czy nawet organy wewnętrzne, są sporadycznie znajdywane w zapisie kopalnym obok szczątków szkieletowych. Mają one duży potencjał badawczy – mogą powiedzieć znacznie więcej o biologii wymarłego organizmu niż jego twardy szkielet, czyli kości, skorupy czy pancerze. Choć znaleziska takie należą do rzadkości, w ostatnich dwóch dziesięcioleciach doniesień naukowych o odkryciu zmineralizowanych tkanek miękkich jest znacznie więcej niż przez całą dwustuletnią historię paleontologii. Przyczynił się do tego niewątpliwie rozwój nowoczesnych metod analitycznych pozwalających na zbadanie okazów kopalnych na dużo większym poziomie dokładności, operując często na powiększeniach nanoskopowych. Dzięki takim możliwościom badacze wymarłych kręgowców mogą zajrzeć do wnętrza kości i zbadać nie tylko sposób ich mineralizacji, ale przede wszystkim poszukać śladów tkanki miękkiej, która w sprzyjających warunkach fosylizacyjnych, np. mineralizacji żelazem, może zachować się w kościach.

 

Miękkie tkanki, twarde dowody

 

Żelazo jest jednym z najpowszechniej występujących na Ziemi pierwiastków, którego ilość w skorupie ziemskiej szacowana jest na około 6%. Powszechnie występuje też w wielu organizmach żywych i wchodzi w skład licznych białek zwierzęcych, w tym hemoglobiny i mioglobiny. Odkąd pierwszy raz zaobserwowano w obrębie skamieniałych kości struktury przypominające naczynia lub komórki, zwrócono uwagę na ich brunatną lub czerwoną barwę, jednoznacznie kojarzącą się z pozostałościami po krwi. Dokładne badania ustaliły, że za barwę tych struktur odpowiadają tlenki żelaza, najczęściej hematyt i getyt. Badacze szukali źródła tego żelaza, a ich opinie bardzo często się różniły. Jedni byli zdania, że żelazo to faktycznie pochodzi z rozłożonych białek krwi. Inni, że wręcz przeciwnie – dostało się do kości ze środowiska zewnętrznego w wyniku wtórnych procesów wietrzeniowych. Skamieniałe – w wyniku pośmiertnej mineralizacji żelazem – tkanki miękkie z kopalnych kości różnego wieku są już od ponad 20 lat przedmiotem badań molekularnych, których prekursorem jest znany polski lekarz i badacz kości kopalnych kręgowców z pustyni Gobi prof. dr hab. Roman Pawlicki. Bazując na metodach wypracowanych przez naszego rodaka, amerykańska paleontolog dr Mary Schweitzer z Uniwersytetu Karoliny Północnej przebadała liczny materiał kopalny. To ona wraz z zespołem zwróciła uwagę na to, że materia organiczna może zostać zamknięta w sieci krystalicznej tlenków żelaza niczym w kapsule czasu. Bazując na własnych badaniach modelowych, Schweitzer doszła do wniosku, że te związki wyraźnie zabezpieczają pierwotne substancje organiczne budujące tkanki miękkie.

 

Naczynia z trawienia

 

Do chwili opublikowania wyników naszych badań wiele przykładów skamieniałych tkanek miękkich opisywano z kości zwierząt kopalnych (głównie dinozaurów) różnego wieku – od niemal współczesnych po wczesnojurajskie. Znaleziska zmineralizowanych tkanek miękkich z Górnego Śląska dokumentują zachowanie materii organicznej w kościach kręgowców jeszcze starszych od dotychczas znanych o 50 mln lat.

 

 

  • Rekonstrukcja notozaura w Ośrodku Edukacji Ekologiczno-Geologicznej GEOsfera w Jaworznie (po lewej) oraz wypreparowane z kości notozaura skamieniałe naczynia krwionośne (po prawej), grubość naczynia ok. 10–20 mikrometrów. Fot. Dawid Surmik

 

 

W trakcie badań, które prowadziłem w ramach doktoratu na szczątkach kostnych środkowotriasowych notozaurów (Nothosaurus marchicus), liczących niespełna 250 mln lat i powszechnie występujących w wielu kamieniołomach na Górnym Śląsku, zaobserwowałem znaczne ilości tlenków żelaza w obrębie jamy szpikowej oraz kanałów naczyniowych. Badania stanu zachowania kości notozaurów były jednym z zadań mojego projektu badawczego, sfinansowanego ze środków Narodowego Centrum Nauki. Wiedząc o tym, w jaki sposób naczynia krwionośne mogą zachować się w kopalnych kościach, postanowiłem iść tym tropem i rozpuścić w słabym kwasie kilka okazów kości, aby zobaczyć, czy coś pozostanie. W trakcie trwania procesu trawienia obserwowałem coraz lepiej widoczną gęstą sieć przypominających drobne naczynia krwionośne (kapilary) wyłaniających się tworów. Na początku nie było wiadomo, czy są to naczynia, czy wtórne wypełnienia kanałów naczyniowych. Choć wielkość i umiejscowienie tych struktur w obrębie kości sugerowały ich naczyniowe pochodzenie, to jednak ich ściany były mocno zdegradowane i nie miały wyraźnej struktury, jakiej można by było oczekiwać. Aby potwierdzić, że mamy do czynienia z prawdziwymi skamieniałymi tkankami miękkimi, potrzebowaliśmy dowodów w postaci ich pierwotnego składu chemicznego – o ile taki się zachował.

 

Ćwierć miliarda to nie koniec

 

W tym celu nawiązana została interdyscyplinarna współpraca, dzięki której można było w sposób najbardziej obiektywny ocenić skład próbki oraz molekularny stan zachowania pozostałości białkowych. Znaczna część badań była prowadzona w Śląskim Międzyuczelnianym Centrum Edukacji i Badań Interdyscyplinarnych Uniwersytetu Śląskiego w Chorzowie, gdzie korzystaliśmy między innymi z wysokorozdzielczego spektrometru mas jonów wtórnych z analizą czasu przelotu (ToF-SIMS). Właśnie dzięki tej metodzie, na podstawie określenia dokładnej masy jonów, zidentyfikowano w wyodrębnionych z kości naczyniach krwionośnych obecność kilku aminokwasów. Były to aminokwasy, które z rzadka występują w białkach bakteryjnych czy grzybowych, za to stanowią główny składnik kolagenu typu I, budującego kości. Obecność tych związków potwierdziła, że mamy do czynienia z naczyniami krwionośnymi gada żyjącego na obszarze Śląska prawie ćwierć miliarda lat temu.

 

Identyfikacja pozostałości pierwotnej materii organicznej w tak starych szczątkach stanowi impuls do kolejnych, bardziej zaawansowanych badań nad strukturą i funkcją białek u kopalnych kręgowców.

 

 

  • Laboratorium Spektroskopii Elektronowej BIO-FARMA L112, Śląskie Międzyuczelniane Centrum Edukacji i Badań Interdyscyplinarnych Uniwersytetu Śląskiego w Chorzowie, gdzie prowadzono badania naukowe. Fot. Dawid Surmik

 

 

 

Chcesz wiedzieć więcej?

Schweitzer M.H. et al. (2014). A role for iron and oxygen chemistry in preserving soft tissues, cells and molecules from deep time. Proceedings of the Royal Society of London B: Biological Sciences 281, 20132741. (doi: 10.1098/rspb.2013.2741).
Surmik D. et al. (2016). Spectroscopic Studies on Organic Matter from Triassic Reptile Bones, Upper Silesia, Poland. PLOS ONE 11, e0151143. (doi: 10.1371/journal.pone.0151143).
Surmik D. et al. (2017). Unusual intraosseous fossilized soft tissues from the Middle Triassic Nothosaurus bone. The Science of Nature 104. (doi: 10.1007/s00114‒017‒1451-y).


© Academia nr 1 (49) 2017

 

 

Oceń artykuł
(0 głosujących)

Nie przeocz

Tematy

agrofizyka antropologia kultury antropologia społeczna archeologia archeometalurgia architektura Arctowski arteterapia astrofizyka astronomia badania interdyscyplinarne behawioryzm biochemia biologia biologia antaktyki biologia płci biotechnologia roślin borelioza botanika chemia chemia bioorganiczna chemia fizyczna chemia spożywcza cywilizacja demografia edukacja ekologia ekologia morza ekonomia energia odnawialna etnolingwistyka etnomuzykologia etyka ewolucja fale grawitacyjne farmakologia filozofia finansowanie nauki fizyka fizyka jądrowa gender genetyka geochemia środowiska geoekologia geofizyka geologia geologia planetarna geoturystyka grafen historia historia idei historia literatury historia nauki historia sztuki humanistyka hydrogeologia hydrologia informatyka informatyka teoretyczna internet inżynieria materiałowa język językoznawstwo klimatologia kobieta w nauce komunikacja kosmologia kryptografia kryptologia kulinaria kultoznawstwo kultura lingwistyka literatura matematyka medycyna migracje mikrobiologia mineralogia mniejszości etniczne mniejszości narodowe modelowanie procesów geologicznych muzykologia mykologia nauka obywatelska neurobiologia neuropsychologia nowe członkinie PAN 2017 ochrona przyrody orientalistyka ornitologia paleobiologia paleontologia palinologia parazytologia PIASt politologia polityka społeczna polska na biegunach prawo protonoterapia psychologia psychologia zwierząt Puszcza Białowieska robotyka rozmowa „Academii” seksualność smog socjologia szczepienia sztuka technologia wieś w obiektywie wulkanologia zastosowania zdrowie zoologia zwierzęta źródła energii żywienie

Komentarze

O serwisie

Serwis naukowy prowadzony przez zespół magazynu Academia PAN.Academia Zapraszamy do przysyłania informacji o badaniach, aktualnie realizowanych projektach naukowych oraz imprezach popularyzujących naukę.

 

Dla użytkowników: Regulamin

Pliki cookies

Informujemy, że używamy ciasteczek (plików cookies) w celu gromadzenia danych statystycznych, emisji reklam oraz prawidłowego funkcjonowania niektórych elementów serwisu. Pliki te mogą być umieszczane na Państwa urządzeniach służących do odczytu stron, a korzystając z naszego serwisu wyrażacie Państwo zgodę na używanie cookies, zgodnie z aktualnymi ustawieniami przeglądarki.

Więcej informacji o celu używania i zmianie ustawień ciasteczek w przeglądarce: TUTAJ

Wydanie elektroniczne

Kontakt

  • pisz:

    Redakcja serwisu online
    Academia. Magazyn Polskiej Akademii Nauk
    PKiN, pl. Defilad 1, pok. 2110
    (XXI piętro)
    00-901 Warszawa

  • dzwoń:

    tel./fax (+48 22) 182 66 61 (62)

  • ślij:

    e-mail: academia@pan.pl