Ученые нашли молекулярные следы крови динозавра возрастом 115 млн лет

Международная группа ученых обнаружила в окаменевшей кости динозавра, жившего около 115 млн лет назад, минерализованные структуры, напоминающие красные кровяные клетки, и химические следы гема — железосодержащего компонента гемоглобина, который связывает и переносит кислород.

Находка в останках небольшого хищного динозавра из Бразилии может изменить представления о том, как долго биологические молекулы способны сохраняться в ископаемых. Исследователи считают, что теперь палеонтологи смогут изучать не только форму и строение древних животных, но и отдельные особенности их физиологии на молекулярном уровне.

Работу провела международная команда под руководством профессора Клити Грайс из австралийского Университета Кёртина. Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Ученые изучили кости конечностей динозавра Aratasaurus museunacionali, останки которого обнаружили на северо-востоке Бразилии.

Исследователи нашли многочисленные микроскопические структуры овальной формы внутри сосудистых каналов, проходящих через костную ткань. При жизни животного по этим каналам двигались кровеносные сосуды. По форме, размерам и расположению обнаруженные структуры напоминали эритроциты — красные кровяные клетки, которые переносят кислород по организму.

Однако одной внешней схожести было недостаточно, чтобы утверждать, что перед учеными действительно следы древней крови. Поэтому ученые провели несколько видов химического и микроскопического анализа. В частности, они использовали электронную микроскопию, рамановскую спектроскопию и масс-спектрометрию.

Особое внимание исследователи уделили гему — молекуле, содержащей атом железа и входящей в состав гемоглобина. Именно гем придает крови характерный красный цвет и позволяет гемоглобину связывать кислород. Обнаружение его химических следов внутри структур, напоминающих клетки крови, стало главным доказательством того, что в кости сохранились остатки кровеносной ткани динозавра.

С помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии ученые выявили в образцах гем B и его измененную в процессе окаменения форму. Дополнительные исследования позволили установить, что характерные химические сигналы гема находятся непосредственно внутри овальных микроструктур, а не просто в окружающей костной ткани. Там же обнаружили железо, азот и углерод — элементы, входящие в состав гема.

Исследователи также проверили, не могли ли эти вещества попасть в окаменелость из окружающей породы. Для этого они сравнили химический состав костных образцов и материала вокруг них. В породе преобладали соединения, связанные с хлорофиллом и бактериохлорофиллом, тогда как внутри кости обнаружили характерные следы гема. Это позволило ученым сделать вывод, что найденные молекулы происходят из самого организма динозавра, а не являются результатом загрязнения образца.

Помимо следов гема, в кости сохранились аминокислоты, связанные с коллагеном — структурным белком, который составляет основу костной ткани. Таким образом, исследователи получили сразу несколько видов молекулярных свидетельств того, что внутри окаменелости уцелели следы первоначальных биологических структур.

«Обнаружить молекулы, происходящие от гема, в красных кровяных клетках возрастом 115 млн лет — поразительно. Это по-настоящему знаковое открытие. Оно не только расширяет известную нам летопись древней крови, но и открывает прямое молекулярное окно в физиологию давно вымерших животных, позволяя лучше понять их самих и мир, в котором они жили», — отметила руководитель исследования Клити Грайс.

Как останки сохранили следы крови

Ученые предполагают, что необычайно хорошая сохранность биологических структур объясняется сочетанием нескольких обстоятельств. После гибели динозавр, вероятно, оказался быстро погребен под осадочными отложениями в среде с низким содержанием кислорода, богатой микроорганизмами. По мнению исследователей, важную роль сыграли так называемые микробные маты — тонкие слои, образованные сообществами бактерий и архей. Такие образования встречаются, в частности, в прибрежных районах.

Микроорганизмы могли повлиять на процессы разложения останков, а быстрое погребение ограничило воздействие внешней среды. Одновременно происходила минерализация тканей — постепенное замещение или пропитывание органических структур минеральными веществами.

Особенно важным оказался гаусманит — минерал из группы оксидов марганца. Именно им минерализовались обнаруженные структуры, напоминающие эритроциты. Исследователи считают, что гаусманит помог стабилизировать микроскопические клеточные структуры и связанные с ними биомолекулы, в том числе соединения, происходящие от коллагена. По сути, минерал сыграл роль естественного консерванта, благодаря которому отдельные следы древней биологии пережили десятки миллионов лет.

Останки Aratasaurus museunacionali обнаружили еще в 2008 году в шахте на северо-востоке Бразилии. Бразильские специалисты передали кости команде Грайс для исследования, причем изначально ученые не рассчитывали найти в них следы крови. Образцы не выглядели особенно хорошо сохранившимися, а их изучение было частью более широкой работы о том, сколько первоначальной биологической информации может оставаться внутри окаменелостей.

По словам Грайс, обнаруженные структуры и молекулы открывают новые возможности для изучения давно вымерших животных. Если раньше палеонтологи в основном восстанавливали особенности древних организмов по костям, зубам и другим сохранившимся частям тела, то теперь они могут искать дополнительные сведения на уровне отдельных молекул.

«Эти результаты ставят под сомнение давно существовавшие представления о том, что некоторые биомолекулы, например гемоглобин, не способны сохраняться в течение столь длительных геологических периодов», — подчеркнула исследовательница.

По ее словам, новые методы могут помочь изучать эволюцию крови, особенности обмена веществ и даже уровень физической активности древних животных. Например, молекулярные данные о кровеносной системе в перспективе позволят лучше понять, как у вымерших видов происходил перенос кислорода и как работал их организм.

Руководитель Школы наук о Земле и планетах Университета Кёртина Мартин ван Кранендонк добавил, что исследование меняет представления о том, какие молекулярные структуры способны сохраняться в ископаемых на протяжении длительного времени, в том числе в неблагоприятных условиях. Полученные знания могут пригодиться не только палеонтологам, но и специалистам, которые занимаются поиском признаков древней жизни за пределами Земли.

При этом обнаруженные молекулы не означают, что ученые нашли сохранившуюся кровь в привычном виде. Речь идет о минерализованных микроструктурах и химических остатках, которые пережили процессы окаменения. Исследователи также не обнаружили ДНК динозавра: анализы на древний генетический материал дали отрицательный результат. Поэтому открытие не приближает ученых к клонированию доисторических животных.

Главное значение работы заключается в другом: она показывает, что даже в окаменелостях возрастом более ста миллионов лет могут сохраняться молекулярные свидетельства жизни. По мнению Грайс, это дает повод заново взглянуть на музейные коллекции. В хранилищах по всему миру находятся тысячи ископаемых образцов, которые десятилетиями считались малоинтересными из-за плохой сохранности или неполноты. Современные методы анализа могут помочь обнаружить в них биологические следы, которые раньше оставались незамеченными.

«Теперь, когда мы знаем, что именно искать, по-настоящему интересный вопрос заключается в том, сколько еще биологической информации скрыто в окаменелостях, которые уже хранятся в музеях по всему миру», — отметила исследовательница.

Что известно о динозавре

Aratasaurus museunacionali жил в раннем меловом периоде, около 115 млн лет назад. Он относился к тероподам — группе преимущественно хищных двуногих динозавров, к которой принадлежали в том числе тираннозавры и велоцирапторы. Современные птицы также произошли от одной из эволюционных ветвей теропод.

По оценкам ученых, изученная особь достигала примерно 3,1 м в длину и весила около 34 кг. По размерам она была скорее сопоставима с крупной собакой, чем с гигантскими хищниками, известными по популярным фильмам о динозаврах.

Судя по сохранившимся костям, животное еще не достигло окончательных размеров. Исследователи предполагают, что на момент гибели ему было около четырех лет: это могла быть молодая особь или молодой взрослый динозавр, который впоследствии еще мог вырасти.