Mekanismer til konservering af blødt væv og protein i Tyrannosaurus

den eksisterende opfattelse af, at bløddelsarkitekturer og native proteiner kan bevares på tværs af geologisk tid, er kontroversiel, da metoder til sådan konservering stadig skal undersøges og veldefineres. I en ny undersøgelse testede Elisabeth M. Boatman og kolleger ved institutterne for teknik, paleontologi, Biologisk Videnskab, materialer og teknik og den avancerede lyskilde i USA tværbindingsmekanismer til konserveret vævsarkitektur. De anvendte to ikke-strukturelle proteinmekanismer, fentonkemi og glykering for at demonstrere deres mulige bidrag til at bevare blodkarstrukturer, der blev genvundet fra den kortikale knogle af Tyrannosaurus reks (T. reks; USNM 555 000, tidligere MOR 555). De demonstrerede endogeniteten (tilfældighed) af de fossile karvæv og tilstedeværelsen af type i-kollagen i de yderste Karlag ved hjælp af billeddannelse, diffraktion, spektroskopi og immunhistokemi.

de afledte data fra synkrotron Fourier transform infrared (SR-FTIR) undersøgelser på T. deres tværbindende karakter og sammenlignede dem med kontrol kylling prøver behandlet på samme måde med de to teknikker. Forskerne leverede Røntgenmikroprobeanalyser af den kemiske tilstand af de fossile væv for at understøtte beholderbevarelse af T. Boatman et al. foreslå, at de observerede vævsstabiliserende tværbindinger vil spille en vigtig rolle for at bevare yderligere mikrovaskulære væv i skeletelementer fra den Mesosoiske æra. Arbejdet er nu offentliggjort på Videnskabelige rapporter.

paleontologer har genvundet hule, bøjelige og gennemsigtige karlignende strukturer fra skeletelementer af fossile hvirveldyr inklusive ikke-aviære dinosaurer og anvendt mange teknikker til at identificere deres endogene proteiner såsom kollagen og elastin. Forskere havde brugt massespektroskopi-sekventering til at identificere isolerede kar, der blev genvundet fra ikke-aviære dinosaurer for at understøtte tilstedeværelsen af hvirveldyr-specifikke vaskulære proteiner i fortiden. For eksempel dokumenterede de kendetegnende 67-nanometer-banding mønster typisk for type i kollagen efter frigivelse af proteinet via demineralisering, efterfulgt af yderligere undersøgelser for at verificere tilstedeværelsen af type i kollagen i vaskulære kanaler af en sauropod dinosaur ribben fra cirka 190 millioner år siden ved hjælp af FTIR og Raman analyse. Mens forskerhold havde udviklet en række metoder til at forklare uventet konservering, eksperimentel test af foreslåede mekanismer skal stadig udføres rutinemæssigt og bredt.

i det nuværende arbejde, Boatman et al. et af de mest kendte og mest kendte eksempler på dette, er et af de mest kendte og mest kendte eksempler på dette. De forventer, at arbejdet lægger et muligt grundlag for yderligere undersøgelser af konservering af blødt væv, der er genvundet fra de Mesosoiske eller nyere fossiler. Væggene i hvirveldyr blodkar indeholder tre forskellige lag, herunder tunica intima (inderste), tunica media og tunica eksterna (yderste lag). På grund af deres unikke molekylære sammensætninger kan forskere differentiere bestanddelene morfologisk og kemisk. For eksempel er elastin et spiralformet protein, der er specifikt for hvirveldyr, der giver modstand mod trykændringer i de vaskulære vægge. Kollagen er også hvirveldyr-specifik og udgør en overvejende brøkdel af blodkar til at tjene som deres strukturelle fundament. Da elastin og kollagen indeholder kendetegn, der kan identificeres ved den molekylære struktur og sammensætning, Boatman et al. foreslået at studere de to proteiner i de resterende dinosaurskibe.

forskergruppen antog bidraget fra tidlige diagenetiske (fysiske og kemiske) processer til overlevelsen af T. mikrovaskulatur fra dyb tid. For at teste dette, Boatman et al. først udført SR-FTIR analyse for at forstå crosslink karakter i deres kontrol prøve af kylling type I kollagen protein. De inducerede tværbindinger i proteinet ved hjælp af Fentonreagens eller ionkatalyserede glyceringsteknikker efterfulgt af brugen af transmission SR-FTIR til test af hvert væv. De observerede, at de intramolekylære tværbindinger, der blev dannet i kyllingevævene, var umodne på grund af deres manglende eksponering for veje, der var nødvendige for at danne intermolekylære tværbindinger eller avancerede glyceringsendeprodukter (aldre).

for at teste T. reks-fartøjets arkitektur for endogene proteiner frigjorde forskerne tre typer kar fra en demineraliseret T. reks kortikal knogle. De brugte derefter synligt lysmikroskopi (VLM) til at karakterisere dem som:

1. omfattende, brunfarvede bøjelige netværk
2. fragmenterede uigennemsigtige strukturer
3. fragmenterede halvgennemsigtige strukturer

de koblede energidispersiv Røntgenspektroskopi (EDS) med scanningselektronmikroskopi (SEM) såvel som mikrofokuseret røntgenfluorescensspektroskopi (sem) for at bekræfte de forskelle, der blev observeret i vævsprøverne af varierende sammensætning. Holdet fokuserede på de bøjelige fartøjsnetværk på grund af deres lighed med eksisterende knoglevæv, som formodentlig opretholdt minimal ændring.

når Boatman et al. studerede de bøjelige T. reks-fartøjer ved hjælp af SEM, de observerede fibrøse strukturer på tværs af deres yderste overflade. De kombinerede træk var i overensstemmelse med dem, der blev observeret i eksisterende kar befriet fra kortikal knogle og med fibrillært kollagen. Holdet analyserede SR-FTIR-spektret af T. reks-kar for at detektere de dominerende bånd observeret i både behandlede eksisterende og gamle væv. Især var amid i-båndet til dinosaurvævet placeret ved en fremherskende Prip-spiralstruktur i overensstemmelse med modent (tværbundet) fibrillært kollagen. Forskergruppen gennemførte derefter immunhistokemi (IHC) undersøgelser for at identificere proteinspecifikke epitoper af de strukturelle proteiner elastin og type i kollagen.

forskerne rejste antistoffer mod alle komponenter i den eksisterende vaskulatur for at observere positiv binding i dinosaurkarvæggene. Ved hjælp af et fluorescerende filter fangede de lokalisering og distribution af antistof-antigenkomplekser (grøn fluorescens). Dinosaurkarrenes reaktion på actin-antistoffer optrådte som et tyndt og jævnt fordelt lag. Antistoffer hævet mod muskelproteinet tropomyosin optrådte med større intensitet på karvæggene. Dinosaurkarrene indikerede også tilstedeværelsen af type i-kollagenantistoffer, skønt elastinantistoffer viste større intensitet. De to proteiner var gode mål for fossile undersøgelser på grund af høj evolutionær bevarelse i visse regioner. De observerede ikke dinosaurfartøjers reaktivitet over for antistoffer mod bakteriel peptidoglycan (hvilket indikerer ingen mikrobiel kontaminering).

Boatman et al. testet T. forstå, om strukturel protein-tværbinding efter slagtning forbedrede deres modstandsdygtighed over for nedbrydning eller diagenetiske ændringer. Til dette fokuserede de på fibrillært kollagen ved hjælp af SR-FTIR-transmissionsspektre for at foreslå tværbinding efter slagtning under processen med bevarelse af vævsarkitektur. Disse spektrale træk blev tidligere registreret, men ikke diskuteret med tidlige Jurassic sauropodomorphs og kridt knogler. Forskerne behandlede derefter bulk T. natriumborhydrid (NaBH4) for at reducere carbonylgrupper inden for umodne tværbindinger og øge ikke-peptidcarbonylabsorptionsintensiteten. Carbohydratabsorptionsbåndene i vævet var i overensstemmelse med AGEs (avancerede glyceringsendeprodukter). Efter behandling antydede dataene, AT T. reks væv havde både intramolekylære og intermolekylære tværbindingstyper.

da forskerne kortlagde grundstofferne i vævet, afslørede de jern (Fe) som det eneste metal, der var koncentreret i dinosaurbeholdervævet, mens de registrerede barium (Ba) i de halvgennemsigtige karstøbninger. Ved hjælp af udvidet mikro Røntgenabsorption nær kantstrukturmikroskopi observerede de Fe3+ indlejret i karvæggene. Forskerne viste tilstedeværelsen af finkrystallinsk goethit (Kurt-FeO(OH)); et mineral, der tidligere blev påvist i vaskulært væv, genvundet fra to forskellige dinosaurprøver.

på denne måde, Elisabeth M. Boatman og kolleger demonstrerede tilstedeværelsen af hvirveldyr-arter endogene proteiner inden for blødt væv dinosaur strukturer. Dette omfattede tilstedeværelsen af type I-kollagen i overensstemmelse med vaskulaturen hos eksisterende hvirveldyr. Dataene understøttede en totrinsmekanisme, der stabiliserede biomolekyler og kararkitektur efter organismens død for at fremme deres bevarelse inden for skeletelementer. Holdet antog, at jernmedierede Fenton-og glykeringsveje kan have bidraget til forbedret T. elastin og fibrillar kollagen i og omkring blodkar. Begge processer kunne katalyseres af overgangsmetalarter såsom jern for at definere den centrale rolle Fe observeret i strukturel protein tværbinding. Dannelsen af jern ilthydroksid udfældes i arbejdet fuldt ud understøttet denne ide.

dataene repræsenterer den første omfattende kemiske og molekylære karakterisering af vaskulære væv genvundet fra T. reks prøve USNM 555000. Resultaterne kaster lys over de mulige fossiliseringsprocesser på molekylært niveau. Forskerne forestiller sig, at de demonstrerede teknikker vil bidrage til udviklingen af omfattende mekanismer til konsekvent at bevare vaskulær vævsoverlevelse fra dyb tid.