Białko sprzed 250 milionów lat, czyli bank informacji o dinozaurach

Jedno jest pewne: odkrycie Andrzeja Boczarowskiego i Dawida Surmika z Parku Nauki i Ewolucji Człowieka w Krasiejowie nie spowoduje, że ze szczątków białka prehistorycznego gada odtworzymy to zwierzę i zamkniemy w jakiejś śląskiej odmianie parku z filmu Stevena Spielberga.

- Do tego trzeba mieć nienaruszony łańcuch DNA, a tak „starego” DNA nikt nie odkrył - mówi Boczarowski.

Poza tym jednak odkrycie obu panów jest sensacyjne!

Aby pojąć dlaczego, trzeba jednak przenieść się nie tylko 250 milionów lat wstecz, ale i na poziom molekularny - w przestrzeń, którą dostrzega się jedynie pod mikroskopem, chociaż badania dotyczą kości triasowych raczej gigantycznych zwierząt, które dostrzec można by było z odległości kilkuset metrów i które wprawiały w drżenie ziemię, po której stąpały.

Notozaur był gadem morskim dość pokracznym: z płaskim ciałem, długą szyją i krótkimi nogami.

Tanystrof wyglądał jeszcze oryginalniej: miał 6 metrów długości, z czego połowa to szyja, a reszta to pękaty brzuch plus ogon; on żył na „wybrzeżu”, w wodzie szukając pożywienia, na lądzie trawiąc je i odpoczywając.

Oba miały pecha i nieco szczęścia zarazem.

Pecha - bo poniosły nagłą i gwałtowną śmierć (na przykład w falach tsunami), ale ich ciała nie ucieszyły ścierwojadów, zostały natychmiast pogrzebane gdzieś głęboko w praoceanie na ćwierć miliarda lat.

Kości zostały świetnie zmineralizowane. Wody z czasem ustąpiły, a kości spoczywały w kopalinach aż do czasów współczesnych, kiedy wykopano je w okolicach Gogolina na Opolszczyźnie oraz na obrzeżach Miasteczka Śląskiego koło Tarnowa Opolskiego.

Odkopano, oczyszczono, spreparowano, opisano i przekazano do Muzeum Geologii Złóż Politechniki Śląskiej.

Tam pewnie spoczywałyby kolejne lata w spokoju, gdyby nie para naukowców: Andrzej Boczarowski i Dawid Surmik, związani z Parkiem Nauki i Ewolucji Człowieka w Krasiejowie.

- Te kości doskonale nadawały się do naszych celów, bo były minimalnie naruszone - mówi Surmik.

Cel był jeden: znaleźć w nich cząstki białka, wcześniej nikt nie znalazł białka, które liczyłoby 250 milionów lat.

Owszem, już kiedyś odkryto prehistoryczne białko, ale stosunkowo młode, bo sprzed 80 milionów lat. Zachowane, skamieniałe tkanki miękkie (włókna kolagenowe, naczynia krwionośne i komórki kostne) znalezione w kościach dinozaurów odkrytych przez polsko-mongolską wyprawę paleontologiczną na pustynię Gobi w Mongolii.

Kości, które teraz wzięto pod lupę, były 4 razy starsze!

Dawid Surmik szukał białka w ramach swego doktoratu. - Gdy siadałem do mikroskopu, pod którym znajdowały się próbki z kości, miałem przeczucie, że znajdę coś wyjątkowego. Kolor jamy szpikowej - dość ciemny - sugerował, że mogą to być na przykład naczynia krwionośne. To, co zobaczył pod mikroskopem, bardzo przypominało struktury właśnie naczynia krwionośnego. Kolejne badania wskazywały na cząstki białka i aminokwasów.

- To odkrycie jest rzędu tych fundamentalnych! - wyjaśnia dr Andrzej Boczarowski, paleontolog i geolog, który brał udział w odkryciu. Brzmi to nieco patetycznie, ale naukowiec uzasadnia: - Odkrywamy tajemnicę wszechświata. To tak, jakby odkryć nową rzekę, nową górę, nowy gatunek zwierząt czy roślin.

- Zobaczyć struktury naczynia krwionośnego - to jedno. Drugim, o wiele ważniejszym zadaniem było to udowodnić, z wykorzystaniem wielu technologii badawczych. Naukowcy są dumni z tego, że po raz pierwszy przeprowadzili tak różnorodne badania na polskim sprzęcie, polskimi metodami.

Po mikroskopie optycznym przyszedł czas na mikroskop skaningowy, w którym obiekt bada się za pomocą fali związków elektronów. To bardzo dokładne mikroskopy, za pomocą których można otrzymać powiększenie rzędu nawet 3 mln razy. Badania potwierdziły - badane obiekty to białka.

Następnie naukowcy przeszli do badań spektroskopowych i spektrometrycznych - badano drgania i widma charakterystyczne dla określonych cząsteczek. I one wykazały na poziomie molekularnym, że badany materiał wykazuje cechy białka.

- Wyciągając materiał z wnętrza kości, mieliśmy do czynienia z materiałem sterylnym, niezabrudzonym. Złoty środek to wewnętrzna część kości korowej. Kostna tkanka korowa jest najbardziej zbita, a znajduje się między jamą szpikową a okostną. Próbka została wyciągnięta z miejsca, gdzie kość była zbita, niedostępna od zewnątrz i wewnątrz. To, co odkryliśmy, było więc na pewno białkiem i to prepreprehistorycznym.

Polscy naukowcy udowodnili, że białko może się skrywać nawet w szczątkach sprzed ćwierć miliarda lat - do tej pory uważano, że to niemożliwe. Z różnych powodów - bo białka ulegają całkowitemu rozpadowi, bo niszczy je choćby promieniowanie kosmiczne przenikające nawet najtwardsze skały, bo przecież tkanka miękka nie zachowuje się przez setki milionów lat.

- Swoim odkryciem pokazujemy nową naukową drogę prowadzenia prac paleontologicznych. Teraz wykopaliska można przenieść do laboratoriów, na poziom badania drobnych cząsteczek, a nie rekonstruowania szkieletów z ich fragmentów - mówi Andrzej Boczarowski.

Boczarowski jest rekonstruktorem i cieszy się, bo teraz ma szanse odczytywać wygląd zwierząt na podstawie analizy odkrytego w kopalinie białka. Jego cząstki wskazują na pokrewieństwa między zwierzętami, na to - które było protoplastą, a które potomkiem.

Dawid Surmik: - Jesteśmy na początku drogi. Nasze badania rozwijamy w kierunku analiz proteomicznych (dotyczących białek - dop. aut.), te analizy pozwolą na identyfikację nie tylko pochodzenia białka, ale i odtworzenie jego ewolucji. Skoro białko ewoluowało, to i ewoluowały zwierzęta. I tak możemy odnajdować zależności pomiędzy dawnymi gadami a współczesnymi albo też budować kolejne gałęzie drzewa genealogicznego lub lokować zwierzę, którego białko zbadamy - na odpowiednim poziomie drzewa genealogicznego.

Nie sądź po wyglądzie zewnętrznym - ta życiowa prawda jak najbardziej pasuje do odkrycia paleobiologów. Bo prawda o organizmach, ich życiu i pochodzeniu jest ukryta właśnie na poziomie genetycznym. Przecież niektóre zwierzęta - choć do siebie podobne - wcale nie są z sobą spokrewnione. Tymczasem tradycyjna paleobiologia bazuje na kojarzeniu pokrewieństwa gatunków zwierząt i samych zwierząt na podstawie podobieństw w kształcie budowy ciała, kości. - My natomiast będziemy te kwestie analizować pod kątem chemicznym, czyli jak te zwierzęta na poziomie molekularnym przeobrażały się w czasie i w co - mówią naukowcy.

Madagaskar to taka arka Noego - czas się tu zatrzymał dla wielu gatunków zwierząt, które w innych częściach globu ewoluowały lub wyginęły. Na wyspie na przykład żyją lemury:

- Opisano kiedyś wszystkie gatunki madagaskarskich lemurów, przy czym podstawą podziału na owe gatunki był ich wygląd zewnętrzny, m.in. kolor sierści. Po przeprowadzeniu badań genetycznych okazało się, że taki podział był błędny, a gatunków lemurów jest o wiele mniej - mówi dr Boczarowski.

Podobnie jest z rasami psów domowych - niektóre z nich przypominają bardziej świnki morskie lub tapiry.

- Ale są wciąż psami - uśmiecha się Dawid Surmik.

Być może kiedyś techniki, które zastosowali polscy naukowcy, zostaną wykorzystane w takich naukach jak kryminalistyka, astrobiologia:

- Dzięki naszym badaniom nauczymy się, jak np. identyfikować związki organiczne w skałach pochodzenia pozaziemskiego - mówi Surmik. - Albo w naukach sądowniczych badania te wykorzystywać do odkrywania przyczyn śmierci na podstawie badań kości nawet mocno przeobrażonych przez czas.

Kto wie, może kiedyś dzięki tym badaniom zostanie potwierdzone życie na Marsie albo to, że jakiś dawny władca faktycznie został otruty - jak głosiła do tej pory tylko legenda.

Odkrycie w rocznicę

Publikacja artykułu w magazynie naukowym „PLOS One” o odkryciu zbiegła się z rocznicą pierwszych opisanych badań dotyczących zachowania się struktur organicznych. Pół wieku temu, w 1966 roku, na łamach prestiżowego czasopisma „Nature” ukazał się artykuł opisujący świetnie zachowane, skamieniałe tkanki miękkie (włókna kolagenowe, naczynia krwionośne i komórki kostne) znalezione w kościach dinozaurów pochodzących sprzed 80 milionów lat. Kości należały do dinozaurów odkrytych przez polsko-mongolską wyprawę paleontologiczną na pustyni Gobi w Mongolii.

Badania prowadził zespół interdyscyplinarny

Badania prowadzili paleontolodzy: mgr Dawid Surmik, dr Andrzej Boczarowski oraz fizycy ciała stałego: prof. Jacek Szade, dr Katarzyna Balin, fizyk molekularny dr Mateusz Dulski, biogeolog dr hab. Barbara Kremer oraz histolog i morfolog prof. Roman Pawlicki.