Mechanizmy zachowania tkanek miękkich i białek u Tyrannosaurus rex

istniejące przekonanie, że struktury tkanek miękkich i białka natywne mogą być zachowane w czasie geologicznym, jest kontrowersyjne, ponieważ metody takiego zachowania pozostają do zbadania i dobrze zdefiniowania. W nowym badaniu Elizabeth M. Boatman i współpracownicy z wydziałów inżynierii, Paleontologii, Nauk Biologicznych, materiałów i inżynierii oraz Zaawansowanego Źródła światła w USA, przetestowali mechanizmy sieciowania dla zachowanej architektury tkanek. Wykorzystali dwa nieenzymatyczne, strukturalne mechanizmy białkowe, chemię Fentona i glikację, aby wykazać ich możliwy wkład w zachowanie struktur naczyń krwionośnych Odzyskanych z kości korowej Tyrannosaurus rex (T. rex; USNM 555 000, dawniej MOR 555). Wykazali endogenność (losowość) kopalnych tkanek naczynia i obecność kolagenu typu I w najbardziej oddalonych warstwach naczynia za pomocą obrazowania, dyfrakcji, spektroskopii i immunohistochemii.

uzyskali dane z badań synchrotronowej transformacji Fouriera w podczerwieni (SR-FTIR) na T. statki rex analizowały ich charakter sieciowania i porównywały je z próbkami kurczaka kontrolnego traktowanymi podobnie za pomocą tych dwóch technik. Naukowcy dostarczyli rentgenowskie analizy mikroprobowe stanu chemicznego tkanek kopalnych, aby wspomóc zachowanie statku T. rex, zaobserwowane przy użyciu metod badawczych. Boatman et al. zaproponuj, że obserwowane sieciowanie stabilizujące tkanki odegra ważną rolę w zachowaniu dodatkowych tkanek mikronaczyniowych w elementach szkieletowych z ery mezozoicznej. Praca jest obecnie publikowana w raportach naukowych.

paleontolodzy odzyskali puste, giętkie i przezroczyste struktury przypominające naczynia z elementów szkieletowych kopalnych kręgowców, w tym nieptasich dinozaurów i zastosowali wiele technik do identyfikacji ich endogennych białek, takich jak kolagen i elastyna. Naukowcy wykorzystali sekwencjonowanie spektroskopii masowej do identyfikacji izolowanych naczyń odzyskanych od nieptasich dinozaurów w celu potwierdzenia obecności specyficznych dla kręgowców białek naczyniowych w przeszłości. Na przykład, udokumentowali charakterystyczny dla kolagenu typu i wzór 67 nanometrów po uwolnieniu białka poprzez demineralizację, a następnie przeprowadzili dodatkowe badania w celu sprawdzenia obecności kolagenu typu i w kanałach naczyniowych żebra dinozaura zauropoda sprzed około 190 milionów lat przy użyciu analizy FTIR i Ramana. Podczas gdy zespoły badawcze opracowały różne metody wyjaśniające nieoczekiwane zachowanie, eksperymentalne testowanie proponowanych mechanizmów pozostaje do przeprowadzenia rutynowo i szeroko.

w niniejszej pracy, Boatman et al. zidentyfikował i przetestował możliwy wkład zestawu eksperymentów w zachowanie przypominającej naczynie architektury zwartej kości skamieniałości tyranozaura Rexa. Oczekują, że praca ta stworzy możliwy fundament dla dodatkowych badań nad zachowaniem tkanek miękkich Odzyskanych z mezozoiku lub nowszych skamieniałości. Ściany naczyń krwionośnych kręgowców zawierają trzy odrębne warstwy, w tym tunica intima (najbardziej wewnętrzna), Tunica media i Tunica externa (warstwa zewnętrzna). Dzięki unikalnym składom molekularnym naukowcy mogą różnicować składniki morfologicznie i chemicznie. Na przykład elastyna jest specyficznym dla kręgowców białkiem spiralnym, które zapewnia odporność na zmiany ciśnienia w ścianach naczyń krwionośnych. Kolagen jest również specyficzny dla kręgowców i stanowi dominującą frakcję naczyń krwionośnych, służącą jako ich fundament strukturalny. Ponieważ elastyna i kolagen zawierają cechy charakterystyczne rozpoznawalne w strukturze molekularnej i składzie, Boatman et al. zaproponowano zbadanie dwóch białek w naczyniach dinozaurów resztkowych.

zespół badawczy postawił hipotezę o udziale wczesnych procesów diagenetycznych (fizycznych i chemicznych) w przetrwaniu T. rex microvasculature from deep-time. Aby to przetestować, Boatman et al. najpierw przeprowadzono analizę SR-FTIR, aby zrozumieć charakter sieciowania w próbce kontrolnej białka kolagenowego typu i kurczaka. Wywołali sieciowanie w białku przy użyciu odczynnika Fentona lub katalizowanych jonowo technik glikacji, a następnie przy użyciu transmisji SR-FTIR do badania każdej tkanki. Zaobserwowali, że wewnątrzcząsteczkowe sieciowanie utworzone w tkankach kurcząt jest niedojrzałe ze względu na brak narażenia na szlaki konieczne do tworzenia międzycząsteczkowych sieciowania lub zaawansowanych produktów końcowych glikacji (AGEs).

aby przetestować architekturę naczyń T. rex pod kątem endogennych białek, naukowcy uwolnili trzy typy naczyń ze zdemineralizowanej kości korowej T. Rexa. Następnie użyli mikroskopii światła widzialnego (VLM), aby scharakteryzować je jako:

1. rozległe, giętkie sieci o brązowym zabarwieniu
2. rozdrobnione nieprzezroczyste struktury
3. rozdrobnione półprzezroczyste struktury

połączyły spektroskopię rentgenowską (EDS) ze skaningowym mikroskopem elektronowym (SEM), a także spektroskopię mikro-skupioną fluorescencją rentgenowską (µXRF potwierdź różnice zaobserwowane w próbkach tkanek o różnym składzie. Zespół skupił się na giętkich sieciach naczyń ze względu na ich podobieństwo do istniejącej tkanki kostnej, która prawdopodobnie utrzymywała minimalne zmiany.

badając giętkie naczynia T. rex za pomocą SEM, zaobserwowali struktury włókniste na ich zewnętrznej powierzchni. Połączone cechy były zgodne z obserwowanymi w istniejących naczyniach uwolnionych z kości korowej i z kolagenem włóknistym. Zespół przeanalizował widmo SR-FTIR naczyń tyranozaura w celu wykrycia dominujących pasm obserwowanych zarówno w leczonych istniejących, jak i starożytnych tkankach. Warto zauważyć, że pasmo amidu I dla tkanki dinozaura znajdowało się w dominującej strukturze α-helisy zgodnej z dojrzałym (usieciowanym) kolagenem fibrylarnym. Następnie zespół badawczy przeprowadził badania immunohistochemiczne (IHC)w celu identyfikacji epitopów specyficznych dla białek strukturalnych elastyny i kolagenu typu I.

naukowcy wytworzyli przeciwciała przeciwko wszystkim składnikom zachowanych naczyń, aby zaobserwować dodatnie Wiązanie w ścianach naczyń dinozaurów. Za pomocą filtra fluorescencyjnego uchwycili lokalizację i dystrybucję kompleksów przeciwciało-antygen (Zielona fluorescencja). Reakcja naczyń dinozaurów na przeciwciała aktyny pojawiła się jako cienka i równomiernie rozłożona warstwa. Przeciwciała podniesione przeciwko tropomyozynie białka mięśniowego pojawiły się z większą intensywnością na ścianach naczyń. Naczynia dinozaurów wskazywały również na obecność przeciwciał kolagenowych typu I, chociaż przeciwciała elastyny wykazywały większą intensywność. Oba białka były dobrymi celami badań kopalnych ze względu na wysoką ochronę ewolucyjną w niektórych regionach. Nie zaobserwowano reaktywności naczyń dinozaurów na przeciwciała przeciwko bakteryjnemu peptydoglikanowi (co wskazuje na brak skażenia mikrobiologicznego).

testowany T. struktury naczyń rex, aby zrozumieć, czy pośmiertne sieciowanie białek strukturalnych zwiększyło ich odporność na degradację lub zmiany diagenetyczne. W tym celu skoncentrowali się na kolagenie włóknistym przy użyciu widm transmisji SR-FTIR, aby zasugerować usieciowanie pośmiertne podczas procesu zachowania architektury tkankowej. Te cechy widmowe były wcześniej rejestrowane, ale nie były omawiane z wczesnymi jurajskimi zauropodomorfami i kośćmi kredy. Następnie naukowcy potraktowali bulk T. tkanka rex z borowodorkiem sodu (NaBH4) w celu zmniejszenia grup karbonylowych w niedojrzałych połączeniach sieciowych i zwiększenia intensywności absorpcji karbonylowej niepeptydowej. Pasma wchłaniania węglowodanów w tkance T. rex były zgodne z wiekiem (zaawansowane produkty końcowe glikacji). Po leczeniu dane sugerowały, że tkanki T. rex posiadały zarówno wewnątrzcząsteczkowe, jak i międzycząsteczkowe typy sieciowania.

kiedy naukowcy zmapowali pierwiastki w tkance za pomocą µXRF, ujawnili żelazo (Fe) jako jedyny metal skoncentrowany w tkankach naczyń dinozaurów podczas rejestrowania baru (Ba) w półprzezroczystych odlewach naczyń. Wykorzystując rozszerzoną mikroskopię absorpcji promieniowania rentgenowskiego w pobliżu krawędzi, zaobserwowali Fe3+ osadzony w ścianach naczyń. Naukowcy wykazali obecność drobnokrystalicznego goetytu (α-FeO (OH)), minerału wykrytego wcześniej w tkankach naczyniowych Odzyskanych z dwóch różnych okazów dinozaurów.

w ten sposób Elżbieta M. Boatman i współpracownicy wykazali obecność endogennych białek kręgowców w strukturach dinozaurów tkanek miękkich. Obejmowało to obecność kolagenu typu I zgodnego z unaczynieniem u istniejących kręgowców. Dane wspierały dwustopniowy mechanizm, który stabilizował biomolekuły i architekturę naczyń po śmierci organizmu, aby promować ich zachowanie w elementach szkieletowych. Zespół wysunął hipotezę, że Fenton i szlaki glikacji za pośrednictwem żelaza mogły przyczyniać się do zwiększenia T. trwałość elastyny i kolagenu włóknistego w obrębie i wokół naczyń krwionośnych. Oba procesy mogą być katalizowane przez gatunki metali przejściowych, takich jak żelazo, aby określić centralną rolę Fe obserwowaną w sieciowaniu białek strukturalnych. Powstawanie tlenowodorku żelaza w pracy w pełni wsparło ten pomysł.

dane przedstawiają pierwszą kompleksową chemiczną i molekularną charakterystykę tkanek naczyniowych Odzyskanych z okazu T. rex USNM 555000. Wyniki rzuciły światło na możliwe procesy fosylizacji na poziomie molekularnym. Naukowcy przypuszczają, że zademonstrowane techniki przyczynią się do rozwoju kompleksowych mechanizmów konsekwentnie zachowujących przetrwanie tkanek naczyniowych od głębokiego czasu.