Большая группа американских ученых продолжает изучать мягкие ткани тираннозавра, найденного два года назад. Чудом сохранившиеся соединительные ткани древнего чудовища подвергли биохимическому и генетическому анализу. Множество различных биохимических методов подтвердили наличие в этих тканях белка коллагена, похожего по морфологии и химическому составу на аналогичный птичий белок. Удалось реконструировать даже небольшие участки гена динозаврового коллагена. По мнению авторов публикации, генетические последовательности не противоречат гипотезе происхождения птиц от динозавров.

Два года назад в журнале Science было опубликовано сенсационное сообщение о выделении мягких тканей из костей динозавра Tyrannozaurus rex, который пролежал в земле 68 млн лет. Фотографии в журнале демонстрировали кусочки губчатого вещества. Изображения сопровождались пояснениями, что ткани эти выделены из бедренной кости динозавра и гистологически они больше всего похожи на кровеносные сосуды страуса. В образцах удалось увидеть клетки с остатками ядер, напоминающие соответствующие страусиные клетки. Последовавшая дискуссия сосредоточилась вокруг вопроса, как мягкие ткани вообще могли сохраниться и не ошибка ли это. Ведь палеонтология знает множество примеров таких преждевременных сенсаций, вспомним хотя бы шум вокруг открытия окаменевшего сердца динозавра, которое оказалось просто затейливо оформленным куском породы.

Мэри Швайцер (Mary Higby Schweitzer) из Университета Северной Каролины, доставившая из экспедиции этого динозавра исключительной сохранности, предположила, что кости и мягкие ткани могли законсервироваться за счет особых почвенных условий, создавших для разлагающих бактерий непроницаемый барьер. Но окончательного ответа на волнующий вопрос так и не было получено. Новые публикации в Science показывают, как продвигаются исследования мягких тканей тираннозавра.

Во-первых, из этих тканей был выделен белок коллаген. Ничего удивительно нет в том, что из оставшейся ткани выделен именно этот белок. Коллаген входит в состав всех соединительных тканей позвоночных животных — костной, хрящевой, крови, и у человека, например, по весу составляет около 25% всех белков или 6% от массы тела. Так что если уж искать какой-то специфический белок в ископаемых костях, то именно коллаген. Коллагеновые волокна обладают рядом отличительных особенностей, как морфологических, так и химических, по которым их можно отличить от других белков. Под микроскопом коллагеновые волокна видны как упорядоченно уложенные фибриллы. Каждое волокно представляет собой спираль из трех тесно сплетенных и связанных мостиками пептидных цепочек коллагена. Упорядоченную укладку коллагеновых волокон ученые наблюдали и в образцах динозавровой кости. Специфический порядок в положении волокон вполне похож на укладку коллагеновых волокон в костях страуса эму.

Химически коллаген отличается высоким содержанием глицина: он составляет треть от всех аминокислотных остатков этого белка. Также много в коллагене пролина и гидроксипролина — тоже около трети. На масс-спектрометре ученые определили состав коллагена динозавра. Глицина оказалось столько, сколько и должно быть в коллагене — около 33%; также найдено 10% аланина. Такое соотношение глицина и аланина указывает на тип обнаруженного коллагена — это коллаген I-б1. Коллаген с похожим соотношением глицина и аланина имеется у кур.

Если с глицином и аланином всё вроде бы в порядке, то куда исчез из тканей динозавров пролин? Очень невысокое содержание пролина и гидроксипролина специалисты объяснили малой чувствительностью метода масс-спектрометрии к присутствию гидролизованных или иначе измененных аминокислотных остатков.

И чтобы уж совсем убедить скептиков, что это коллаген, и не просто коллаген, а близкий к птичьему, был проведен иммунологический анализ выделенного белка. Антитела к цыплячьему коллагену добавили к динозавровым образцам. Реакция оказалась положительной. Правда, интенсивность ее была не такой высокой, как с коллагеном костей и костного мозга страуса, но всё же связывание антител с коллагеном происходило. После обработки образца коллагеназой (ферментом, растворяющим коллаген) сигнал связывания с антителами исчезал. При этом все биохимические и иммунологические контрольные тесты с окружающей ископаемые кости породой были отрицательными.

По аминокислотным остаткам выделенного из динозавровой кости коллагена удалось воссоздать 7 коротких участков гена (или генов), кодирующих этот белок. Эти участки показали наибольшее сходство с геном коллагена цыпленка (58%), лягушки (51%) и тритона (тоже 51%). Хотелось бы, конечно, сравнить эти последовательности с генами крокодилов или любых других пресмыкающихся, но таковых в базах данных не нашлось.

Работа лаборатории Мэри Швайцер, как ясно следует из статей, преследует две цели. Во-первых, понять, как могли сохраняться мягкие ткани у ископаемых и что с ними может сделать вооруженный современными приборами биохимик, и во-вторых, доказать, что птицы — всё же прямые потомки динозавров.

В поисках первого ответа в этой лаборатории изучили специфику химического состава ископаемых остатков. Обнаружилось большое количество железосодержащих органических молекул, отсутствующих в тканях современных животных. Поэтому ученые предположили, что коллагеноподобные вещества связываются с ионами железа, и это приводит к образованию очень устойчивых переплетенных цепочек. Никакие бактериальные и ферментные воздействия эти вещества не смогли разрушить. Также остался незамещенным в динозавровых костях фосфат кальция (биогенный апатит). Этому веществу повезло «дожить до наших дней» благодаря присутствию в окружающей породе кальцита. В нейтральных условиях в присутствии кальцита апатит не растворяется. Такому объяснению найдется множество возражений — ну что же, пусть специалисты смелее публикуют свои собственные гипотезы. Уникальное явление оставляет широкое поле для рассуждений; его можно сузить только с помощью новых фактов.

Что касается второго вопроса о родстве птиц и динозавров, то тут дело, кажется, яснее. Родство птиц и динозавров никто не отрицает, но стоит ли назначать птиц непосредственными правнуками динозавров? К сожалению, коллагеновая биохимия не много добавила ясности в этот вопрос. Метод, как указывают сами авторы статьи, мало чувствителен к низким концентрациям вещества и измененным аминокислотам. Поэтому вряд ли мы можем судить о точном соотношении аминокислотных остатков, оксилизина, оксипролина и гидроксипролина, по которым устанавливается тип коллагена и видоспецифический состав. «Расшифрованные» участки динозаврового коллагена пока еще очень коротки, чтобы с уверенностью судить по ним о составе коллагена и тем более сравнивать с другими.

Насколько существенна эта разница — 58 и 51%, отличающая динозавровые последовательности от птичьих и лягушачьих? Пока на этот вопрос ответа нет. Но несмотря на неоднозначность выводов этой работы, замечательно уже то, что органический материал в столь древних ископаемых животных в принципе имеется и что началась методическая работа с этим материалом. (Мэри в запале даже призвала всех динозаврологов начать растворять музейные кости! Но на это вряд ли кто пойдет.)

Елена Наймарк, elementy.ru

Оригинал статьи на сайте elementy.ru

Фото: электронная микрофотография деминерализованных костей динозавра. Стрелочки показывают на упорядоченные структуры коллагеновых волокон. Фото из дополнительных материалов к обсуждаемой статье в Science (V. 316. P. 277–280), elementy.ru

27 апреля 2007 года