Sexing Dinos: Οι παλαιοντολόγοι αναζητούν απολιθωμένες ορμόνες

Πώς μπορείς να καταλάβεις αν ένας δεινόσαυρος είναι θηλυκός ή αρσενικός; Είναι μια από τις πιο βασικές πτυχές της βιολογίας και ωστόσο, ως επί το πλείστον, συνεχίζει να αποτελεί μυστήριο στην παλαιοντολογία. Δεν γνωρίζουμε ακόμη το φύλο των περισσότερων εξαφανισμένων ειδών, ακόμα κι αν εκείνα που εμφανίζονται σε μουσεία έχουν ονόματα ειδικά για το φύλο, όπως


Μηνύστε τον T.rex


ή


Cliff the Triceratops


. Όμως τον περασμένο Οκτώβριο στην ετήσια συνάντηση της Εταιρείας Παλαιοντολόγων Σπονδυλωτών, ένας επιστήμονας έδωσε πληροφορίες για το έργο που κάνει ο ίδιος και η ομάδα του για να αποκαλύψουν ορμόνες στα απολιθωμένα οστά. Τα αρχικά τους αποτελέσματα δείχνουν ότι ίχνη ορμονών φύλου μπορεί πράγματι να επιβιώσουν από τη διαδικασία απολιθώματος. Αν ναι, αυτό θα μπορούσε να αλλάξει το παιχνίδι, προσφέροντας εκπληκτική εικόνα για τα αρχαία ζώα και την εξέλιξή τους σε αυτόν τον πλανήτη.

Ο Evan Saitta παρουσίασε αυτό το έργο κατά τη διάρκεια μιας συνεδρίας αφίσας SVP. Επί του παρόντος μεταδιδακτορικός παλαιοντολόγος στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο, συλλογίζεται την πιθανότητα να αποκαλύψει ορμόνες από το 2018, όταν διάβασε μια σειρά από εργασίες που βρήκαν χοληστερόλη σε

απολιθώματα

, μερικά χρονολογούνται από το παρελθόν.


720 εκατομμύρια χρόνια πριν


. Η χοληστερόλη, σημείωσε, είναι «άλλος τύπος στεροειδούς» και «οι ορμόνες του φύλου βιοσυντίθενται από τη χοληστερόλη».

Με άλλα λόγια, το σώμα δημιουργεί ορμόνες όπως τα οιστρογόνα και η τεστοστερόνη τροποποιώντας τα υπάρχοντα μόρια χοληστερόλης. Επομένως, εξήγησε ο Saitta, «αυτές οι ορμόνες έχουν παρόμοια βασική δομή» με τη χοληστερόλη. Αυτή η δομή είναι σταθερή, γεγονός που καθιστά τη χοληστερόλη πιο ευνοϊκή για την επιβίωση εκατομμυρίων ετών από γεωλογική πίεση. Αυτό οδήγησε τον Saitta να αναρωτηθεί εάν ορμόνες όπως τα οιστρογόνα και η τεστοστερόνη θα μπορούσαν επίσης να επιβιώσουν, ακόμη και αν ήταν σε αλλοιωμένη μορφή.

«Η χοληστερόλη βρίσκεται σε κάθε κυτταρική μεμβράνη του σώματός σας, ενώ αυτές οι ορμόνες είναι σε πολύ χαμηλότερες συγκεντρώσεις», είπε. «Συγκεντρώνονται και παράγονται στις γονάδες, οι οποίες δεν απολιθώνονται. Ταξιδεύουν μέσω της κυκλοφορίας του αίματος, η οποία δεν απολιθώνεται. Και έτσι η ελπίδα σας είναι ότι, όταν ένας οργανισμός πεθαίνει, υπάρχει αρκετή υπολειμματική ορμόνη πίσω στο οστό που μπορείτε να την ανιχνεύσετε».

Αλλά πρώτα, αυτός και η ομάδα του έπρεπε να καταλάβουν τι έψαχναν. Έτσι έβαλαν καθαρό οιστρογόνο, με τη μορφή οιστραδιόλης, ένα εκχύλισμα σε σκόνη, μέσα από πειράματα που σχεδιάστηκαν για την προσομοίωση της διαδικασίας απολίθωσης. Αυτά τα πειράματα τεχνητής ωρίμανσης τους επέτρεψαν να αναπαράγουν ατελώς τη θερμότητα και την πίεση που εμφανίζονται εδώ και εκατομμύρια χρόνια.

«Όταν θερμαίνεις ένα σύστημα», είπε ο Saitta σε μια τηλεφωνική συνέντευξη, «οι χημικές αντιδράσεις μπορούν να συμβούν πιο γρήγορα, και έτσι αυτό είναι το είδος του κόλπου που κάνεις: Χρησιμοποιείς θερμότητα όχι μόνο για να προσομοιώσεις άμεσα κάποια της γεωθερμικής θερμότητας όταν [a

fossil

is] θαμμένος υπόγειος, αλλά και για να λογαριάσει τον χρόνο».

Η οιστραδιόλη επέζησε από το πείραμα τεχνητής ωρίμανσης, που σημαίνει ότι, θεωρητικά, θα μπορούσε να επιβιώσει από την απολίθωση. Η

εφαρμογή

του μέσω της αέριας χρωματογραφίας-φασματομετρίας μάζας-μια διαδικασία που διαχωρίζει τα μόρια από τα πολύπλοκα μείγματα- τους έδωσε έναν οδικό χάρτη: έναν τρόπο σύγκρισης πιθανών «δαχτυλικών αποτυπωμάτων» οιστρογόνων στα οστά και να κατανοήσουν πώς και πότε αυτό το δακτυλικό αποτύπωμα θα πρέπει να εμφανίζεται σε αυτή τη διαδικασία.

Ωστόσο, αντί να πηδήξει απευθείας σε απολιθώματα, η ομάδα εξέτασε τα οστά σωζόμενων ζώων, συμπεριλαμβανομένου ενός γερακιού και μιας χήνας. Βρήκαν το ίδιο δακτυλικό αποτύπωμα οιστρογόνου. Ο Saitta προχώρησε ένα βήμα παραπέρα και δοκίμασε το κόκαλο της χήνας που περιβάλλεται από πηλό. Οι ορμόνες θα έβγαιναν από τα οστά και θα εισέλθουν στο περιβάλλον ίζημα; Σε αυτή την περίπτωση, δεν το έκαναν, ένα εύρημα με επιπτώσεις για μελλοντική έρευνα απολιθωμάτων.

Με παραδείγματα από καθαρά οιστρογόνα και σύγχρονα οστά, η ομάδα κινήθηκε προς τα απολιθώματα. Αυτά δεν βρέθηκαν σε σχηματισμούς γνωστούς για εξαιρετική διατήρηση. Ήταν απλά διάφορα κομμάτια οστών από διαφορετικούς δεινόσαυρους—γνωστούς και άγνωστους την εποχή των πειραμάτων. Τα αποτελέσματα ήταν μικτά. Τέσσερις από αυτούς πρότειναν ίχνη οιστρογόνων. τέσσερις δεν είχαν κανένα? και το ένα ήταν αβέβαιο.

Για τον Saitta, τα πιθανά ίχνη ορμονών στα απολιθώματα δεν είναι τόσο σημαντικά όσο τα αποτελέσματα από τα ίδια τα πειράματα. «Αυτό το έργο είναι συναρπαστικό και είναι απόδειξη της ιδέας, περισσότερο από οτιδήποτε άλλο», είπε, επειδή δείχνει ότι οι ορμόνες μπορεί απλώς να επιβιώσουν από την απολίθωση και να μπορούν να ανιχνευθούν.

«Γνωρίζουμε ότι τα οιστρογόνα είναι σταθερά. Γνωρίζουμε ότι μπορείτε να το ανιχνεύσετε στα οστά πέρα ​​από μόνο στη γονάδα ή στο αίμα», συνέχισε. «Και γνωρίζουμε ότι αν το μαγειρέψετε με πίεση, είτε ως καθαρό εκχύλισμα είτε ως υπολειμματική ορμόνη μέσα στα οστά, μπορείτε να το ανιχνεύσετε και να το εντοπίσετε ξεχωριστά από το περιβάλλον. Όλα αυτά είναι, νομίζω, το βασικό αποτέλεσμα».

Η Jasmina Wiemann, επίσης στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο, δεν συμμετείχε σε αυτή την έρευνα. Είναι μοριακή γεω-, αστρο-, παλαιοβιολόγος και υπότροφος του Ινστιτούτου Αγκουρόν στο Μουσείο Φυσικής Ιστορίας Πεδίου. Σε ένα email στο Gizmodo, σημείωσε ότι «οι συγγραφείς αντιμετωπίζουν εδώ μια ερώτηση που δεν έχει διερευνηθεί αυστηρά στο παρελθόν».

Αλλά έγραψε επίσης ότι «μπορεί να είναι αρκετά δύσκολο να ανιχνευθούν αξιόπιστα ίχνη βιομορίων που εμφανίστηκαν αρχικά σε πολύ υψηλές συγκεντρώσεις». Επισημαίνει την αίμη, «την ένωση πορφυρίνης που είναι υπεύθυνη για το κόκκινο χρώμα του αίματος: η αίμη είναι ένα μικρό και πολύ σταθερό μόριο που εμφανίζεται συνδεδεμένο με μια πρωτεΐνη στο αίμα των σπονδυλωτών. Παρά την αφθονία του σε αγγειωμένα οστά ζώντων σπονδυλωτών, η ανίχνευση ιχνών αίμης από απολιθωμένα οστά έχει αποδειχθεί πολύ δύσκολη και οι διατηρημένες ποσότητες μετά βίας υπερβαίνουν τα όρια ανίχνευσης. Οι ορμόνες του φύλου κατανέμονται μέσω της κυκλοφορίας του αίματος, αλλά εμφανίζονται περίπου στο ένα δισεκατομμυριοστό της συγκέντρωσης της αίμης».

Πρόσθεσε ότι «η προσπάθεια εξαγωγής ενώσεων που είναι χημικά σταθερές, αλλά εμφανίζονται σε πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις σε υγρά που δεν αφήνουν απολιθωμένα ίχνη, από παρακείμενη μήτρα οστού, ανοίγει το ακόλουθο ερώτημα: Δεδομένου ότι τα διαγενετικά υγρά διεισδύουν μέσω των οστών κατά τη διαδικασία απολίθωσης , ποια είναι η πιθανότητα μια ανιχνεύσιμη ποσότητα ιχνών οιστρογόνων να επιβιώσει για εκατομμύρια χρόνια;»

Ο Saitta συμφωνεί ότι η ανίχνευση της αίμης είναι δύσκολη, αλλά σημειώνει ότι «οι πορφυρίνες έχουν επίσης μια πρόσθετη πρόκληση (την οποία δεν έχουν οι ορμόνες): μπορούν επίσης να προέρχονται από άφθονες εξωγενείς/περιβαλλοντικές πηγές όπως τα φύκια στο νερό στο οποίο εναποτίθεται ένα απολίθωμα σώματος».

Και, είπε, όσον αφορά τα διαγενετικά υγρά –ένας όρος που αναφέρεται στο νερό μέσα στα ιζήματα και στο πώς το υγρό επηρεάζει τα ιζήματα με την πάροδο του χρόνου– «αυτό είναι σίγουρα ένα εμπόδιο που πρέπει να ξεπεραστεί», σημειώνοντας ότι «αυτά τα μόρια δεν είναι πολύ διαλυτά στο νερό. Γνωρίζουμε ότι τα στεροειδή όπως η χοληστερόλη μπορούν να παραμείνουν στα οστά


χωρίς ολική απώλεια


στη μήτρα για εκατομμύρια χρόνια, επομένως και οι ορμόνες πιθανότατα θα πρέπει να το κάνουν».

Επισημαίνει την ποσότητα των οστών που έχουν αναλύσει ο ίδιος και οι συνάδελφοί του («έως και ~50 g σε ορισμένες περιπτώσεις»), δηλώνοντας ότι «ένας τρόπος για να αναζητήσετε μόρια χαμηλής συγκέντρωσης είναι να είστε πρόθυμοι να καταστρέψετε μεγάλα κομμάτια απολιθωμάτων!».

Ωστόσο, υποστηρίζει ότι «φαίνεται ότι είναι δυνατό να ανιχνευθεί το οιστρογόνο σε ξεραμένο οστό τόσο πριν όσο και μετά την ωρίμανση», επισημαίνοντας την ανίχνευση οιστρογόνων στα πειράματα τεχνητής ωρίμανσης των οστών πάπιας και χήνας.

Η Holly Latta είναι η δεύτερη συγγραφέας αυτού του τρέχοντος έργου και οργανική χημικός. Έκανε τα πειράματα σε όλα τα οστά στα οποία έχει δουλέψει η ομάδα μέχρι τώρα. «Προφανώς, χρειάζεται να γίνει περισσότερη δουλειά για να επιβεβαιωθούν τα αποτελέσματα και η πλήρης έκταση αυτού που σημαίνουν», έγραψε σε ένα email. «Αλλά η υπόσχεση αυτών των αποτελεσμάτων είναι απίστευτα συναρπαστική».

Θα μπορούσε κανείς να αναρωτηθεί εάν η απουσία οιστρογόνων από τα αποτελέσματά τους θα μπορούσε να υποδηλώνει ότι το οστό που εξετάστηκε προήλθε από έναν άνδρα. Η Saitta εξήγησε ότι τόσο τα θηλυκά όσο και τα αρσενικά περιέχουν οιστρογόνα και τεστοστερόνη. το κλειδί για τον προσδιορισμό ενός φύλου έναντι του άλλου βρίσκεται στις ποσότητες που περιέχονται σε αυτό. Εάν τα οιστρογόνα μπορούν να ανιχνευθούν καθόλου σε ένα απολίθωμα, είπε, αυτό μπορεί να υποδηλώνει υψηλά επίπεδα οιστρογόνων, επομένως υποδηλώνει μια γυναίκα.

Μέρος της μελλοντικής τους δουλειάς θα περιλαμβάνει επίσης δοκιμές για τεστοστερόνη, μαζί με δοκιμές πολύ μεγαλύτερων μεγεθών δειγμάτων και

δοκιμή

απολιθωμάτων από σχηματισμούς που είναι γνωστοί για καλύτερη συντήρηση.

«Αν και το ερώτημα είναι απίστευτα συναρπαστικό», συμφώνησε ο Wiemann, «υπάρχει πολλή θεμελιώδης δουλειά που πρέπει να γίνει τόσο από βιολόγους, παλαιοντολόγους και γεωχημικούς: Πρέπει πρώτα να μάθουμε εάν τα οιστρογόνα μπορούν πράγματι να απολιθωθούν. Και αν καταφέρουμε να βρούμε ίχνη οιστρογόνων, πρέπει να καταλάβουμε ποιοι παράγοντες οδηγούν τις διαφορές στις διατηρημένες ποσότητες (διαφορετικές ρυθμίσεις εναπόθεσης, διαφορετικοί ιστοί, διαφορετικά taxa, κ.λπ.)».

Αλλά ο Saitta πιστεύει ότι το ερώτημα είναι: “Μπορεί να ανιχνευθεί αξιόπιστα σε χαμηλή συγκέντρωση;” Όλα τα στοιχεία και η λογική δείχνουν ότι μπορεί να απολιθώσει». Παραδέχτηκε ότι «οι συγκεντρώσεις ορμονών είναι εξαιρετικά χαμηλές, αλλά η εύλογη προσδοκία είναι ότι τα φασματόμετρα μάζας θα βελτιωθούν με την πάροδο του χρόνου και τα όρια ανίχνευσης θα μειωθούν. Ως εκ τούτου, βλέπω μόνο μελλοντικές δυνατότητες για τη μελέτη των αρχαίων ορμονών».

«Αυτές οι ορμόνες», είπε ο Saitta, «είναι οι κινητήριοι παράγοντες της σεξουαλικής ανάπτυξης και του σεξουαλικού διμορφισμού». Το ότι οι ορμόνες αποδείχθηκαν σταθερές στα πειράματά τους και ότι ιχνοστοιχεία αυτών των ορμονών μπορεί να ανιχνευθούν σε απολιθώματα με ελάχιστα, έως καθόλου, οργανικά που αναμένεται να επιβιώσουν, «είναι πολύ ενθαρρυντικό. Πραγματικά αντιμετωπίζετε τους άμεσους οδηγούς της σεξουαλικής ανάπτυξης αναζητώντας τις ίδιες τις ορμόνες».