Странно думать, что что-то, что умерло 76 миллионов лет назад, играет роль в современных экосистемах, но жизнь носит оппортунистический характер.
Одним из приемов, которым вы научитесь охотиться на динозавров в Канаде, является поиск апельсина.
Кости динозавров имеют тускло-коричневый, желтовато-коричневый и серый цвет. Но посреди тусклых песчаников бесплодных земель - сухого ландшафта, где ветер и вода стерли большую часть скалы - иногда можно заметить вспышку флуоресцентного оранжевого цвета. Подойдите, и вы вполне можете обнаружить обветренную кость динозавра.
Апельсин - это лишайник, растущий на кости. Кость дает лишайнику устойчивую опору в разрушающемся ландшафте, она пористая, сохраняет влагу во время засухи и полна минералов, таких как фосфат, жизненно важных для растущего лишайника. Странно думать, что что-то, что умерло 76 миллионов лет назад, играет роль в современных экосистемах, но жизнь устроена конъюнктурно.
Лишайник в Провинциальном парке динозавров, Альберта. (Ник Лонгрич, автор предоставлен)
Жизнь существует почти везде на Земле. Бактерии процветают в гидротермальных источниках, грибы растут внутри Чернобыля, черви-нематоды ползают под антарктическими ледяными полями. Самое примечательное, что существует глубокая биосфера, обширная подземная микробная экосистема, начинающаяся у нас под ногами и простирающаяся на многие километры под землей. Почему бы жизни не заселить и захороненные окаменелости?
Если это так, это создает проблемы для идентификации исходного биологического материала окаменелостей. Вот где наше новое исследование, проведенное под руководством моего коллеги Эвана Сайтты из Полевого музея в Чикаго, дает подробный обзор органического вещества, обнаруженного в костях динозавров.
Ясно, что популярная концепция окаменения, когда кость полностью минерализуется и заменяется новым материалом, неверна. Большая часть исходного костного минерала - фосфата кальция - сохраняется. Это то же самое, что было внутри живого, дышащего динозавра миллионы лет назад.
Примечательно, что органические молекулы иногда могут сохраняться. Древняя ДНК позволила нам реконструировать геномы недавно вымерших видов и обнаружить ранее неизвестные виды, такие как наши двоюродные братья денисовцы. Древние белки показали эволюционную историю вымершего млекопитающего токсодона, а ископаемые пигменты позволили нам нанести полоски на динозавров и пятнышки на их яйца.
Органическое вещество, взятое из окаменелости динозавра. (Эван Сайтта, автор предоставлен)
Были объявлены еще более замечательные заявления, включая ДНК, белки и даже клетки и кровеносные сосуды из кости динозавра. Но они более чем на порядок старше самых старых подтвержденных ДНК и белков, поэтому их оспаривают. Идея восстановления тканей динозавров и использования ДНК и белков динозавров для реконструкции эволюции заманчива. Но неясно, как они смогут прожить десятки миллионов лет и смогут ли они выжить.
Половина ДНК в окаменелостях исчезает примерно каждые 500 лет, а ДНК должна стать нечитаемой через 1,5 млн лет. Белки более устойчивы. Самая старая датируется 4 миллионами лет назад, но пептидные связи, соединяющие аминокислоты в белке, также разрушаются со временем, поэтому неясно, могли ли они выжить в окаменелостях динозавров возрастом 75 миллионов лет.
Тем временем живые существа - бактерии, протисты, грибы, корни растений и нематоды - процветают под землей. Чтобы убедиться, что у нас есть ткани динозавров, нам сначала нужно исключить другие, менее интересные возможности, такие как загрязнение бактериальными биопленками.
Охота на микробов
Чтобы понять источник биологического вещества внутри костей динозавров, мы запустили уникальную полевую экспедицию, но не для динозавров, а для микробов внутри них. Мы раскопали костное ложе центрозавра в Провинциальном парке динозавров, Альберта. Стерилизуя инструменты отбеливателем, спиртом и паяльной лампой, мы затем заворачивали окаменелости в фольгу, чтобы предотвратить загрязнение. Но они все еще были полны жизни, исходящей из костей.
Аминокислоты, извлеченные из окаменелостей, показали безошибочные признаки жизни. Аминокислоты существуют в левой и правой конфигурациях. Живые существа производят левосторонние аминокислоты, но после смерти их структура медленно перескакивает туда-сюда, создавая смесь левых и правых молекул. Соотношение древних аминокислот составляло 1:1, но в костях преобладали левосторонние молекулы, демонстрирующие недавнюю биологическую активность.
Череп центрозавра. (Ник Лонгрич, автор предоставлен)
Мы также изучали углерод в костях. Живые существа получают углерод из атмосферного CO₂, который содержит радиоактивный углерод-14. Углерод-14 подвергается радиоактивному распаду, половина его атомов исчезает примерно каждые 6000 лет. Никакой обнаруживаемый углерод-14 не должен был сохраниться 76 миллионов лет назад, но кости были полны им. Либо эти динозавры вымерли несколько тысяч лет назад, либо их заразили живые существа.
Чтобы выяснить, что жило в костях, мы извлекли ДНК и родственную молекулу РНК из окаменелости. То, что мы обнаружили, было поразительно: процветающее сообщество бактерий. В костях было в 50 раз больше бактериальной ДНК, чем в окружающих аргиллитах. Это были не пустые гробницы, а кишащие уникальным микробным сообществом, микробиомом.
Кости, в отличие от горных пород, имеют открытые пространства для костного мозга, кровеносных сосудов и клеток, которые теперь создают пространство для микробов и несут воду и питательные вещества. В костях также содержится фосфор, необходимый для образования ДНК и клеточных мембран. Более того, органические ткани и сосудообразные структуры, извлеченные из костей, подобные тем, которые в других местах идентифицированы как ткани динозавров, светятся, как рождественская елка, если их окрасить флуоресцентным красителем, который связывается с ДНК. Обилие ДНК предполагает, что эти органические вещества созданы бактериями, а не динозаврами.
Иголка в стоге сена
Искать ископаемые органические вещества немного похоже на поиск иголки в стоге сена. Мы не утверждали, что иголок не существует, но дали лучшее представление о том, как отличить иголку от соломинки. И хотя мы не нашли белков динозавров, мы нашли нечто не менее замечательное - жизнь внутри этого динозавра.
Когда умер наш Центрозавр, его тело питалось другими живыми существами - тираннозаврами, мухами, жуками, затем бактериями и грибами. Но процесс продолжался еще долго после смерти. Микробы жили в его костях после того, как они были погребены под поймой мелового периода, затем, когда море разлилось и динозавр лежал в сотне метров под дном океана, еще позже под ледником ледникового периода и, наконец, прямо под сегодняшними бесплодными землями.
Странно подумать, но внутри останков великого динозавра крошечные микробные миры появлялись, развивались и исчезали в течение миллионов лет в сложном взаимодействии между живыми и давно умершими.
Ник Лонгрич, старший преподаватель палеонтологии, Центр эволюции Милнера, Университет Бата
Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите исходную статью.