Milijonus metų žemėje gulėję kaulai staiga prabilo. Ne metaforiškai, o chemiškai. Mokslininkai juose aptiko tūkstančius išlikusių metabolinių molekulių, kurios atskleidžia, ką gyvūnai valgė, kuo sirgo ir kokiame klimate gyveno. Šis atradimas leidžia pažvelgti į priešistorinį pasaulį su tokiu tikslumu, kokio iki šiol nebuvo įmanoma pasiekti.
Tai – ne spėjimai ir ne modeliai. Tai tiesioginiai biologiniai pėdsakai, išlikę kauluose net 1,3–3 milijonus metų.
Molekulės, kurios išgyveno milijonus metų
Tarptautinė mokslininkų komanda pirmą kartą sėkmingai išanalizavo metabolitus – molekules, dalyvaujančias virškinime, energijos apykaitoje ir kituose gyvybiniuose procesuose – senoviniuose fosilizuotuose kauluose. Tyrimo rezultatai paskelbti autoritetingame žurnale Nature.
Iki šiol dauguma tyrimų, susijusių su senovės organizmais, rėmėsi DNR. Tačiau genetinė informacija dažniausiai leidžia atsekti tik giminystę, o ne kasdienį gyvenimą. Metabolitai, priešingai, atskleidžia realų biologinį funkcionavimą – mitybą, ligas, hormoninius procesus ir net aplinkos poveikį.
Kaip kaulai tapo laiko kapsule
Tyrimo vadovas Timothy Bromage iš Niujorko universitetas jau seniai domėjosi kaulų metabolizmu. Jį sudomino faktas, kad net labai senose fosilijose gali išlikti kolagenas – baltymas, suteikiantis kaulams struktūrą.
Kaulai nėra vientisi. Jų viduje yra mikroskopiniai kanalai ir kraujagyslių tinklai, kuriais gyvam organizmui cirkuliuoja kraujas. Mokslininkai iškėlė hipotezę, kad metabolitai, patekę į šias mikroskopines erdves kaulo augimo metu, galėjo būti užrakinti ir apsaugoti nuo išorinio poveikio milijonus metų.
Technologija, leidusi tai pamatyti
Hipotezei patikrinti buvo pasitelkta masių spektrometrija – metodas, leidžiantis identifikuoti molekules pagal jų masę ir krūvį. Tyrimai su šiuolaikinių pelių kaulais atskleidė beveik 2200 metabolitų. Tai patvirtino, kad kaulai yra tikras cheminės informacijos archyvas.
Tą patį metodą pritaikius fosilijoms iš Tanzanijos, Malavio ir Pietų Afrikos, mokslininkai aptiko tūkstančius metabolitų, kurie stebėtinai panašūs į šiandien gyvų gyvūnų.
Ligos, lytis ir net parazitai
Kai kurie aptikti metabolitai atskleidė gyvūnų lytį, susijusią su estrogenų apykaita. Kiti – ligų pėdsakus. Vienas iš ryškiausių atvejų buvo graužiko kaulas iš Olduvajaus tarpekio Tanzanijoje, datuojamas maždaug 1,8 mln. metų.
Jame aptiktas metabolitas, būdingas parazitui Trypanosoma brucei – sukėlėjui, kuris ir šiandien sukelia miegligę žmonėms. Kartu aptikta ir gyvūno organizmo priešuždegiminė reakcija. Tai reiškia, kad liga buvo „įrašyta“ kauluose.
Ką gyvūnai valgė ir kur gyveno
Metabolitai atskleidė ir senovinius mitybos įpročius. Mokslininkai rado junginių, susijusių su augalais, tokiais kaip alavijas ar šparagai. Tai leidžia ne tik pasakyti, ką gyvūnai valgė, bet ir atkurti aplinką, kurioje tie augalai galėjo augti.
Tokie duomenys suteikė informacijos apie:
- temperatūrą,
- kritulių kiekį,
- dirvožemio sąlygas,
- augalijos tankį.
Visi rezultatai nuosekliai rodė, kad šie regionai prieš milijonus metų buvo šiltesni ir drėgnesni nei šiandien.
Prarastas pasaulis tampa matomas
Šie duomenys sutampa su ankstesniais geologiniais tyrimais, tačiau dabar jie patvirtinami biologiniais įrodymais. Tai leidžia rekonstruoti priešistorinius kraštovaizdžius tarsi šiuolaikiniai lauko ekologai stebėtų gyvą aplinką.
Mokslininkai teigia, kad šis metodas gali visiškai pakeisti tai, kaip atkuriami senoviniai ekosistemų modeliai. Kaulai tampa ne tik formos, bet ir gyvenimo istorijos liudininkais.
Iki šiol fosilijų tyrimai daugiausia rėmėsi forma: kaulų dydžiu, struktūra, dantų nusidėvėjimu. Tokie duomenys leido spręsti apie rūšis, judėjimą ar mitybos tipą, tačiau ne apie individualų organizmo gyvenimą. Metabolinių molekulių atradimas keičia šią paradigmą iš esmės.
Metabolitai atspindi tai, kas vyko organizme diena iš dienos. Jie susiję su energijos apykaita, hormonais, imuninėmis reakcijomis ir net stresu. Tai reiškia, kad mokslininkai dabar gali ne tik pasakyti, kas gyveno tam tikroje vietoje, bet ir kaip tie gyvūnai jautėsi, kuo sirgo ir prie ko prisitaikė.
Pasak tyrėjų, tai ypač svarbu analizuojant laikotarpius, kai vyko dideli klimato pokyčiai. Jei metaboliniai pėdsakai rodo padidėjusį uždegimą, mitybos stresą ar ligas, tai gali reikšti, kad aplinkos sąlygos tapo nepalankios dar prieš masinį išnykimą. Tokiu būdu fosilijos gali tapti ankstyvais klimato krizės indikatoriais.
Naujas langas į žmogaus evoliucijos aplinką
Kadangi tyrimui naudotos fosilijos iš Tanzanijos, Malavio ir Pietų Afrikos – regionų, glaudžiai susijusių su ankstyvųjų žmonių evoliucija – šis metodas gali būti ypač svarbus ir antropologijai. Gyvūnai, gyvenę šalia pirmųjų homininų, dalijosi ta pačia aplinka, klimatu ir augalija.
Jei galima tiksliai nustatyti, kokios buvo temperatūros, kritulių režimas ir augalų tipai, tai leidžia daug tiksliau rekonstruoti sąlygas, kuriomis vystėsi ankstyvieji žmonės. Tai svarbu ne tik akademiškai, bet ir siekiant suprasti, kaip klimato pokyčiai veikė prisitaikymą, mitybą ir migraciją.
Kodėl tokie duomenys išliko taip ilgai
Mokslininkai pabrėžia, kad kaulas yra unikali terpė. Skirtingai nei minkštieji audiniai, jis nuolat persitvarko ir „įrašo“ cheminius signalus į savo mikrostruktūrą. Kai organizmas miršta ir kaulas fosilizuojasi, dalis šių signalų tampa izoliuoti nuo išorės poveikio.
Tai leidžia metabolitams išlikti net tada, kai DNR jau seniai suyra. Šis atradimas rodo, kad gyvybės cheminiai pėdsakai yra daug atsparesni laikui, nei manyta anksčiau.
