Новые данные подтвердили возможность сохранения белков в костях динозавров
|
В 2007 году американские палеонтологи выделили из костей тираннозавра, жившего 68 млн лет назад, фрагменты молекул коллагена, структура которых подтвердила родство динозавров с птицами. Открытие было подвергнуто серьезным сомнениям, однако в последнем номере журнала Science та же группа исследователей сообщила о выделении белков из костей еще одного динозавра — брахилофозавра, жившего 80 млн лет назад. Новая статья дает убедительные ответы на основные возражения скептиков.
«Элементы» уже рассказывали об удивительном открытии палеонтолога Мэри Швайцер (Mary Higby Schweitzer) из Университета Северной Каролины и ее коллег, которым удалось выделить фрагменты белковых молекул из костей тираннозавра, жившего в конце мелового периода (см.: Коллаген из костей динозавров — это уже реальность, «Элементы», 20.04.2007; Коллаген из костей вымерших животных подтверждает родство динозавров с птицами, а мастодонтов — со слонами, «Элементы», 25.04.2008).
Это сенсационное открытие было подвергнуто серьезной критике. Многие эксперты выразили достаточно обоснованные сомнения в том, что выделенные из древних костей молекулы действительно являются фрагментами коллагена динозавра, что это не результат бактериального или иного загрязнения, что все анализы были проведены корректно и т. д. (см.: Kaye et al., 2008; Buckley et al., 2008; Pevzner et al., 2008). Авторы открытия стояли на своем (Asara et al., 2008). При этом они, конечно, понимали, что до тех пор, пока данный случай не перестанет быть единственным и уникальным, сомнения будут оставаться. Нужен был еще один динозавр, в костях которого нашлись бы остатки белковых молекул, похожие на те, что были выделены из тираннозавра.
Подходящий динозавр был найден на востоке штата Монтана в отложениях кампанского века (поздний мел, 80 млн лет назад). Сочлененные кости задней конечности брахилофозавра (Brachylophosaurus) были погребены под семиметровым слоем песчаника, который образовался сравнительно быстро, что создало благоприятные условия для сохранения органических молекул. Большая и малая берцовая кости и фрагменты стопы были извлечены из породы в 2006 году, а бедренную кость специально оставили в толще песчаника до следующего сезона, чтобы принять все необходимые меры предосторожности. В 2007 году кость вырезали вместе с 10-сантиметровым слоем окружающей породы, доставили в лабораторию и все дальнейшие манипуляции проводили в стерильных условиях. Образцы кости и вмещающей породы были разосланы по нескольким лабораториям для независимого анализа.
Фрагменты кости были подвергнуты деминерализации, что позволило увидеть хорошо сохранившиеся остатки мягких тканей, в том числе кровеносные сосуды (иногда с округлыми красноватыми включениями, напоминающими эритроциты), а также клетки костной ткани — остеоциты с длинными отростками, соединяющимися в сложную сеть. Авторы скрупулезно изучили все эти структуры, сравнили их с тем, что остается от деминерализованных костей современного страуса, если их обработать ферментом коллагеназой (чтобы имитировать произошедшее за миллионы лет частичное разрушение коллагена) и пришли к выводу, что перед ними — действительно мягкие ткани динозавра, а не результат современного или древнего бактериального загрязнения, как предполагали критики (см. Kaye et al., 2008. Dinosaurian Soft Tissues Interpreted as Bacterial Biofilms).
Наличие фрагментов белковых молекул в кости брахилофозавра было подтверждено несколькими методами, в том числе иммунологическими тестами. Антитела, избирательно реагирующие на коллаген и другие белки костной ткани и крови страуса, активно реагировали с препаратами декальцинированной костной ткани и кровеносных сосудов динозавра, но не с аналогичными препаратами, изготовленными из фрагментов вмещающей породы. Антитела к белкам курицы реагировали с тканями динозавра слабее, чем страусиные. Это может означать, что белки брахилофозавра больше похожи на страусиные белки, чем на куриные, что соответствует современным представлениям об эволюции птиц. Согласно этим представлениям, бескилевые птицы, к которым относится страус, представляют собой самую примитивную («рано ответвившуюся») группу птиц, и поэтому вполне возможно, что страус по строению своих белков ближе к динозаврам, чем курица.
|
Из образцов кости брахилофозавра удалось выделить различные аминокислоты, в том числе гидроксилированный пролин (Pro-OH). Это является надежным признаком присутствия коллагена, потому что именно для этого белка характерно посттрансляционное гидроксилирование пролина (пролин, входящий в состав коллагена, подвергается гидроксилированию уже после того, как белок был синтезирован обычным способом в ходе трансляции). Бактерии не могут осуществлять такую модификацию пролина.
Удалось также выделить восемь пептидов (фрагментов белковых молекул), шесть из которых являются фрагментами коллагена ?1, два — коллагена ?2. Общая длина выделенных пептидов — 149 аминокислот. Это почти вдвое больше того, что удалось получить ранее из костей тираннозавра. Все пептиды содержат не менее одного гидроксилированного пролина, а также некоторые особые химические модификации, которые должны происходить с белками при очень долгом «хранении». Ранее критики упрекали Швайцер и ее коллег как раз за то, что те не сумели достаточно убедительно доказать наличие этих модификаций в белках тираннозавра.
|
Авторы использовали аминокислотные последовательности коллагена брахилофозавра для построения новой версии эволюционного древа (подробнее см. в заметке Коллаген из костей вымерших животных подтверждает родство динозавров с птицами, а мастодонтов — со слонами, «Элементы», 25.04.2008). По сравнению с предыдущим деревом, на котором из динозавров присутствовал только тираннозавр, результат заметно улучшился. Это проявилось в том, что ящерица (Anolis) заняла на дереве «правильную» позицию: теперь она стала, как ей и положено, сестринской группой по отношению к архозаврам (= крокодилы + динозавры + птицы), а не к объединению архозавров и млекопитающих, как раньше (см. первую версию дерева в вышеупомянутой заметке).
Как видно из рисунка, аминокислотные последовательности коллагена динозавров подтверждают родство динозавров с птицами (динозавры и птицы образуют единую ветвь, сестринскую по отношению к крокодилам). Однако строение (топология) этой птице-динозавровой ветви не соответствует господствующим представлениям о характере родственных связей динозавров и птиц. Согласно этим представлениям, птицы произошли непосредственно от хищных ящеротазовых динозавров — теропод. В этом случае на «правильном» эволюционном древе тираннозавр, относящийся к тероподам, должен образовать с птицами единую ветвь, сестринскую по отношению к брахилофозавру, который относится к птицетазовым динозаврам. Иными словами, дерево должно показывать более близкое родство тираннозавра с птицами, чем с брахилофозавром. В действительности оно, как видим, показывает обратную картину: два вида динозавров ближе друг к другу, чем любой из них — к птицам. Согласно получившемуся дереву, птицы произошли не от динозавров, а от общего с динозаврами предка.
Авторы считают, что это ошибка, объясняющаяся неполнотой данных, и ожидают, что дополнительная информация о белках динозавров должна ее исправить. С другой стороны, нельзя не заметить, что получившееся дерево в точности соответствует альтернативной теории происхождения птиц, которую отстаивает российский палеонтолог Е. Н. Курочкин (см. ссылки внизу). Согласно этой теории, от динозавров произошли только археоптерикс и вымершие ящерохвостые птицы, а «настоящие» (веерохвостые) птицы ведут свой род от общих с динозаврами предков — триасовых текодонтов.
Источник: Mary H. Schweitzer, Wenxia Zheng, Chris L. Organ, Recep Avci, Zhiyong Suo, Lisa M. Freimark, Valerie S. Lebleu, Michael B. Duncan, Matthew G. Vander Heiden, John M. Neveu, William S. Lane, John S. Cottrell, John R. Horner, Lewis C. Cantley, Raghu Kalluri, John M. Asara. Biomolecular Characterization and Protein Sequences of the Campanian Hadrosaur B. canadensis // Science. 2009. V. 324. P. 626–631.
