Een paar honderdduizend jaar geleden tijdens de meest recente ijstijd van de aarde, een vlezige ondersoort van de gevlekte hyena die meer dan het dubbele was van het gewicht van zijn moderne verwant, zwierf door het besneeuwde terrein van Eurazië. Tot hun uitsterven ongeveer 11, 000 jaar geleden, deze dieren, nu bekend als grothyena's, zouden hun prooi in holen slepen en ze verslinden met botverpletterende kaken.

Een internationaal team met onderzoekers van het SLAC National Accelerator Laboratory van het Department of Energy heeft nu ontdekt hoe het leven van deze kolossale wezens eruit zou kunnen zien. Ze ontdekten dat ondanks hun enorme omvang, sommige grothyena's hebben tijden van ontbering meegemaakt die hen tot op het bot troffen, het veroorzaken van gebieden met gestopte groei die verschijnen als donkere lijnen, als ringen aan een boomstam.

Het onderzoek, onder leiding van Children's Museum of Indianapolis paleontoloog Jennifer Anné en gepubliceerd in de Journal of Analytical Atomic Spectrometry , maakt deel uit van een grotere inspanning die SLAC's Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL) gebruikt om lage concentraties in kaart te brengen, of traceren, elementen in het bot, biologische informatie over lang uitgestorven dieren te plagen.

"Dit werk, die nieuw inzicht biedt in het delicate chemische ballet in bot, zou ons in staat kunnen stellen om ons begrip van de milieu-impact op gewervelde dieren uit het verleden te verfijnen en te voorspellen wat er in de toekomst zal gebeuren, " zegt Phil Manning, hoogleraar natuurlijke historie aan de Universiteit van Manchester in het Verenigd Koninkrijk, die zowel co-auteur als hoofd van het laboratorium is dat dit onderzoek heeft uitgevoerd.

Een levensgeschiedenis in botten

Om levensondersteunende chemische elementen vast te houden, het lichaam neemt ze op in zijn skelet, ervoor te zorgen dat ze niet wegspoelen tijdens dagelijkse processen. Omdat botten voortdurend veranderen, door ze te bestuderen, krijgen onderzoekers de kans om de levensgeschiedenis van een dier te leren vanaf het moment dat het zich voor het eerst ontwikkelde tot wat er gebeurde vlak voordat het stierf.

"Je bot kan de helft van het periodiek systeem in zijn structuur opnemen, " zegt Anné. "Dat is een van de grote doelen van het hebben van een skelet:het is een belangrijke opslag- en losplaats voor een aantal elementen die je je hele leven gaat gebruiken. In ons onderzoek, we proberen erachter te komen wat alle sporenelementen in bot je kunnen vertellen over een organisme."

In haar onderzoek heeft Anné onderzoekt stukjes bot die andere onderzoekers vaak weggooien, wat grotere steekproefomvang biedt en meer vrijheid met hoe ze ze kan gebruiken. de hyena, ze zegt, kwam naar voren als een willekeurige steekproef en veranderde in iets dat iets groters was dan ze had verwacht.

ijstijd boneyard

Bij SSRL, gebruikten de onderzoekers een techniek genaamd röntgenfluorescentie, schijnende röntgenstralen op botmonsters van grothyena's om de binnenste elektronen uit de atomen van de materialen te slaan. Wanneer buitenste elektronen naar beneden springen om hun plaats in te nemen, de atomen stralen fluorescerend licht uit. Omdat elk chemisch element zijn eigen kenmerkende golflengte van licht heeft, met deze techniek konden de onderzoekers de verdeling van elementen in het bot in kaart brengen. Een vergelijkbare techniek die bij de Diamond Light Source in het VK werd uitgevoerd, stelde hen in staat om de concentratie van elk element beter te bepalen.

De botfragmenten van de specifieke grothyena die in dit artikel voorkomen, gedateerd 40, 000 jaar oud, werden gevonden tussen een boneyard van verschillende ijstijdfossielen in een grot in Engeland. De onderzoekers gebruikten ook botten van de gevlekte hyena's van vandaag als analogen om er zeker van te zijn dat wat ze zagen in overeenstemming was met het moderne organisme en niet iets dat vanuit de externe omgeving in het fossiel lekte.

Niets om over te lachen

Een van de elementen die de onderzoekers in kaart konden brengen was zink, die nauw verbonden is met botgroei. Cyclische botgroeipatronen in fossielen waren al bekend bij paleontologen, vaak waargenomen als afwisselende zones van langzaam en snelgroeiend bot. Met deze zones kunnen onderzoekers leeftijd reconstrueren, groei, dieet en andere leefstijlfactoren van uitgestorven dieren.

Wanneer een dier een constante aanvoer van voedingsstoffen en mineralen heeft, botgroei duwt gestaag naar buiten, poreus creëren, zinkrijke zones. Maar als de stofwisseling van een dier vertraagt, misschien door perioden van stress of honger, dat geldt ook voor botgroei, het creëren van dichte stroken, of bot "rust" lijnen. Paleontologen geloven dat deze lijnen overeenkomen met factoren zoals wisselende seizoenen en reproductieve cycli.

Toen de onderzoekers de zinkverdeling en -concentratie in deze specifieke hyena in kaart brachten, ze zagen dunne lijnen die bijna op potloodstrepen leken, die gebieden van gestopte groei betekenen. Moderne hyenabotten en grothyena-fossielen van verschillende locaties en tijdsperioden vertoonden deze lijnen niet, wat suggereert dat deze hyena spanningen ervoer die de anderen niet hadden.

"Een dier dat te maken heeft met ijstijdomstandigheden, kan een aantal hele goede tijden doormaken en een paar hele moeilijke tijden, " zegt Nick Edwards, een SLAC-wetenschapper die co-auteur is en deel uitmaakt van het onderzoeksteam. "We weten nog niet wat de stressoren zijn, maar deze lijnen laten in ieder geval zien hoe het dier ermee omging."

Lang vervlogen soorten verbinden

Om dit onderzoek op te volgen, Anné hoopt het geleerde toe te passen op verschillende weefseltypes van verschillende soorten, zowel modern als uitgestorven, om een ​​beter begrip te krijgen van bot en wat het onderzoekers kan vertellen over een organisme. Een recente upgrade van de SSRL-bundellijn die in dit onderzoek is gebruikt, zal het team in staat stellen hun beelden te verbeteren, het hele spectrum van sporenelementen meten met een hogere resolutie en inzoomen op interessante gebieden zonder het monster zelfs maar te hoeven verplaatsen.

De huidige studie maakt deel uit van een reeks onderzoekspapers van het team dat de op SLAC gebaseerde techniek gebruikt. Een keek naar fossielen van een 150 miljoen jaar oude dinosaurus genaamd Allosaurus en een ander keek naar een 19 miljoen jaar oude lamantijn.

"Samen laten deze documenten zien wat sporenelementen kunnen onthullen over oude soorten gedurende een periode van meer dan 100 miljoen jaar, " zegt Uwe Bergmann, een vooraanstaande SLAC-wetenschapper bij SLAC en co-auteur van het onderzoek. "We hopen dat wat we hebben geleerd ons in staat zal stellen nog verder terug in de tijd te gaan in het leven van andere uitgestorven dieren."