Mecanisme de conservare a țesuturilor moi și a proteinelor în Tyrannosaurus rex

noțiunea existentă conform căreia arhitecturile țesuturilor moi și proteinele native pot fi păstrate de-a lungul timpului geologic este controversată, deoarece metodele de astfel de conservare rămân de investigat și bine definite. Într-un nou studiu, Elizabeth M. Boatman și colegii de la departamentele de inginerie, Paleontologie, științe Biologice, materiale și Inginerie și sursa de lumină avansată din SUA, au testat mecanismele de reticulare pentru arhitectura țesuturilor conservate. Ei au folosit două mecanisme proteice structurale non-enzimatice, chimia Fentonului și glicarea pentru a demonstra posibilele lor contribuții la conservarea structurilor vaselor de sânge recuperate din osul cortical al Tyrannosaurus rex (T. rex; USNM 555 000, fost MOR 555). Ei au demonstrat endogenitatea (aleatoritatea) țesuturilor vaselor fosile și prezența colagenului de tip I în straturile exterioare ale vaselor folosind imagistică, difracție, spectroscopie și imunohistochimie.

ei au derivat date din synchrotron Fourier transform infraroșu (SR-FTIR) studii pe T. vasele rex pentru a analiza caracterul lor de reticulare și a le compara cu probele de pui de control tratate în mod similar cu cele două tehnici. Cercetătorii au furnizat analize cu microprobe cu raze X ale stării chimice a țesuturilor fosile pentru a sprijini conservarea vaselor T. rex, așa cum s-a observat folosind metodele de investigare. Boatman și colab. propuneți că legăturile încrucișate stabilizatoare ale țesutului observat vor juca un rol important pentru a păstra țesuturile microvasculare suplimentare în elementele scheletice din epoca mezozoică. Lucrarea este acum publicată pe Rapoarte științifice.

paleontologii au recuperat structuri goale, flexibile și transparente asemănătoare vaselor din elementele scheletice ale vertebratelor fosile, inclusiv dinozaurii non-aviari și au aplicat multe tehnici pentru a identifica proteinele lor endogene, cum ar fi colagenul și elastina. Cercetătorii au folosit secvențierea spectroscopiei de masă pentru a identifica vasele izolate recuperate de la dinozaurii non-aviari pentru a susține prezența proteinelor vasculare specifice vertebratelor în trecut. De exemplu, au documentat modelul hallmark 67-nanometri-banding tipic pentru colagenul de tip I după eliberarea proteinei prin demineralizare, urmat de studii suplimentare pentru a verifica prezența colagenului de tip I în canalele vasculare ale unei coaste dinozaur sauropod de acum aproximativ 190 de milioane de ani folosind analiza FTIR și Raman. În timp ce echipele de cercetare au dezvoltat o varietate de metode pentru a explica conservarea neașteptată, testarea experimentală a mecanismelor propuse rămâne să fie efectuată în mod obișnuit și pe scară largă.

în lucrarea de față, Boatman și colab. a identificat și testat posibila contribuție a unui set de experimente pentru a păstra arhitectura asemănătoare vaselor osului compact al unei fosile Tyrannosaurus rex. Ei se așteaptă ca lucrarea să pună o posibilă bază pentru studii suplimentare privind conservarea țesuturilor moi recuperate din fosilele mezozoice sau mai recente. Pereții vaselor de sânge vertebrate conțin trei straturi distincte, inclusiv tunica intima (cea mai interioară), tunica media și tunica externa (stratul cel mai exterior). Datorită compozițiilor lor moleculare unice, oamenii de știință pot diferenția constituenții morfologic și chimic. De exemplu, elastina este o proteină elicoidală specifică vertebratelor care oferă rezistență la schimbările de presiune din pereții vasculari. Colagenul este, de asemenea, specific vertebratelor și constituie o fracțiune predominantă a vaselor de sânge pentru a servi drept fundație structurală. Deoarece elastina și colagenul conțin caracteristici distinctive identificabile la structura și compoziția moleculară, Boatman și colab. a propus să studieze cele două proteine din resturile vaselor dinozaurilor.

echipa de cercetare a emis ipoteza contribuției proceselor diagenetice (fizice și chimice) timpurii la supraviețuirea T. microvasculatura rex din adâncul timpului. Pentru a testa acest lucru, Boatman și colab. prima analiză SR-FTIR efectuată pentru a înțelege caracterul de legătură încrucișată în eșantionul lor de control al proteinei de colagen de tip I de pui. Au indus legături încrucișate în proteină folosind reactiv Fenton sau tehnici de glicare catalizate de ioni urmate de utilizarea SR-FTIR de transmisie pentru a testa fiecare țesut. Ei au observat că legăturile încrucișate intramoleculare formate în țesuturile de pui sunt imature din cauza lipsei lor de expunere la căile necesare pentru a forma legături încrucișate intermoleculare sau produse finale de glicare avansate (vârste).

pentru a testa arhitectura vaselor T. rex pentru proteine endogene, oamenii de știință au eliberat trei tipuri de vase dintr-un os cortical T. rex demineralizat. Apoi au folosit microscopie cu lumină vizibilă (VLM) pentru a le caracteriza ca:

1. rețele flexibile extinse, de culoare maro
2. structuri opace fragmentate
3. structuri semi-translucide fragmentate

au cuplat spectroscopia cu raze X dispersive de energie (EDS) cu microscopie electronică de scanare (sem), precum și spectroscopia cu fluorescență cu raze X Micro-focalizate (probele de țesut cu compoziție variabilă. Echipa s-a concentrat pe rețelele de vase flexibile datorită țesutului osos similar cu cel existent, care probabil a menținut o modificare minimă.

când Boatman și colab. au studiat vasele pliabile T. rex folosind SEM, au observat structuri fibroase pe suprafața lor cea mai exterioară. Caracteristicile combinate au fost în concordanță cu cele observate în vasele existente eliberate din osul cortical și cu colagenul fibrilar. Echipa a analizat spectrul SR-FTIR al vaselor T. rex pentru a detecta benzile dominante observate atât în țesuturile existente, cât și în cele antice tratate. În special, banda amidă I pentru țesutul dinozaurului a fost localizată la o structură predominantă de helix-uri în concordanță cu colagenul fibrilar Matur (reticulat). Echipa de cercetare a efectuat apoi studii de imunohistochimie (IHC) pentru a identifica epitopii specifici proteinelor structurale elastină și colagen de tip I.

oamenii de știință au ridicat anticorpi împotriva tuturor componentelor vasculaturii existente pentru a observa legarea pozitivă în pereții vaselor dinozaurilor. Folosind un filtru fluorescent, au capturat localizarea și distribuția complexelor anticorp-antigen (fluorescență verde). Răspunsul vaselor dinozaurilor la anticorpii de actină a apărut ca un strat subțire și uniform distribuit. Anticorpii crescuți împotriva proteinei musculare tropomiozină au apărut cu o intensitate mai mare pe pereții vaselor. Vasele dinozaurilor au indicat, de asemenea, prezența anticorpilor de colagen de tip I, deși anticorpii de elastină au prezentat o intensitate mai mare. Cele două proteine au fost ținte bune pentru studiile fosile datorită conservării evolutive ridicate în anumite regiuni. Ei nu au observat reactivitatea vaselor dinozaurilor la anticorpi împotriva peptidoglican bacteriene (indicând nici o contaminare microbiană).

barcagiu și colab. testat T. structurile vaselor rex pentru a înțelege dacă reticularea proteinelor structurale post-mortem le-a sporit rezistența la degradare sau modificări diagenetice. Pentru aceasta, s-au concentrat pe colagenul fibrilar folosind spectrele de transmisie SR-FTIR pentru a sugera reticularea post-mortem în timpul procesului de conservare a arhitecturii țesuturilor. Aceste caracteristici spectrale au fost înregistrate anterior, dar nu au fost discutate cu Sauropodomorfele jurasice timpurii și oasele cretacice. Oamenii de știință au tratat apoi bulk T. țesut rex cu borohidrură de sodiu (NaBH4) pentru a reduce grupările carbonil în cadrul legăturilor încrucișate imature și pentru a crește intensitatea absorbției carbonil non-peptidice. Benzile de absorbție a carbohidraților din țesutul T. rex au fost în concordanță cu AGEs (advanced glycation endproducts). După tratament, datele au sugerat că țesuturile T. rex aveau atât tipuri de reticulare intramoleculare, cât și intermoleculare.

când oamenii de știință au cartografiat elementele din țesut folosind un dispozitiv de măsurare a temperaturii, au descoperit că fierul (Fe) este singurul metal concentrat în țesuturile vaselor dinozaurilor în timp ce înregistrau bariu (Ba) în vasele semi-translucide. Folosind microscopie cu structură de absorbție micro-x extinsă, au observat Fe3 + încorporat în pereții vaselor. Cercetătorii au arătat prezența goethitului fin cristalin (XV-FeO (OH)); un mineral detectat anterior în țesuturile vasculare recuperate din două exemplare de dinozauri diverse.

în acest fel, Elizabeth M. Boatman și colegii săi au demonstrat prezența proteinelor endogene din speciile vertebrate în structurile dinozaurilor țesuturilor moi. Aceasta a inclus prezența colagenului de tip I în concordanță cu vasculatura la vertebratele existente. Datele au susținut un mecanism în două etape care a stabilizat biomoleculele și arhitectura vaselor după moartea organismului, pentru a promova conservarea lor în interiorul elementelor scheletice. Echipa a emis ipoteza că căile de Fenton și glicare mediate de fier ar fi putut contribui la creșterea T. longevitatea țesutului rex de elastină și colagen fibrilar în interiorul și în jurul vaselor de sânge. Ambele procese ar putea fi catalizate de specii de metale de tranziție, cum ar fi fierul, pentru a defini rolul central al Fe observat în reticularea proteinelor structurale. Formarea oxihidroxidului de fier precipită în lucrare a susținut pe deplin această idee.

datele reprezintă prima Caracterizare chimică și moleculară cuprinzătoare a țesuturilor vasculare recuperate din specimenul T. rex USNM 555000. Rezultatele aruncă o lumină asupra posibilelor procese de fosilizare la nivel molecular. Cercetătorii își imaginează că tehnicile demonstrate vor contribui la dezvoltarea unor mecanisme cuprinzătoare pentru a menține în mod constant supraviețuirea țesutului vascular din timp profund.