Het bestaande idee dat weke delen-architecturen en inheemse eiwitten kunnen worden bewaard in de geologische tijd is controversieel, aangezien methoden voor dergelijk behoud nog moeten worden onderzocht en goed gedefinieerd. In een nieuwe studie, Elizabeth M. Boatman en collega's van de afdelingen Engineering, paleontologie, Biologische wetenschap, Materials and Engineering en de geavanceerde lichtbron in de VS, geteste verknopingsmechanismen voor geconserveerde weefselarchitectuur. Ze gebruikten twee niet-enzymatische, structurele eiwitmechanismen, Fenton-chemie en glycatie om hun mogelijke bijdragen aan het behoud van bloedvatstructuren die zijn teruggewonnen uit het corticale bot van Tyrannosaurus rex ( T. rex ; USNM 555 000, voorheen MOR 555). Ze demonstreerden de endogeniteit (willekeurigheid) van de fossiele vaatweefsels en de aanwezigheid van type I collageen in de buitenste vaatlagen met behulp van beeldvorming, diffractie, spectroscopie en immunohistochemie.

Ze hebben gegevens afgeleid van synchrotron Fourier-transformatie-infrarood (SR-FTIR) -onderzoeken op de T. rex vaten om hun verknopingskarakter te analyseren en ze te vergelijken met controlemonsters van kippen die op dezelfde manier met de twee technieken waren behandeld. De onderzoekers leverden röntgenmicrosonde-analyses van de chemische toestand van de fossiele weefsels om het behoud van bloedvaten te ondersteunen T. rex , zoals waargenomen met behulp van de onderzoeksmethoden. Bootman et al. stellen voor dat de waargenomen weefselstabiliserende crosslinks een belangrijke rol zullen spelen om extra microvasculaire weefsels in skeletelementen uit het Mesozoïcum te behouden. Het werk is nu gepubliceerd op Wetenschappelijke rapporten .

Paleontologen hebben holle, plooibare en transparante vaatachtige structuren van skeletelementen van fossiele gewervelde dieren, waaronder niet-vogeldinosaurussen, en hebben veel technieken toegepast om hun endogene eiwitten zoals collageen en elastine te identificeren. Onderzoekers hadden massaspectroscopie-sequencing gebruikt om geïsoleerde bloedvaten te identificeren die waren teruggevonden in niet-vogeldinosaurussen om de aanwezigheid van gewervelde-specifieke vasculaire eiwitten in het verleden te ondersteunen. Bijvoorbeeld, ze documenteerden het kenmerkende bandpatroon van 67 nanometer dat typisch is voor type I collageen na het vrijmaken van het eiwit via demineralisatie, gevolgd door aanvullende onderzoeken om de aanwezigheid van type I-collageen in vasculaire kanalen van een sauropod-dinosaurusrib van ongeveer 190 miljoen jaar geleden te verifiëren met behulp van FTIR- en Raman-analyse. Hoewel onderzoeksteams verschillende methoden hadden ontwikkeld om onverwachte bewaring te verklaren, experimentele tests van voorgestelde mechanismen moeten nog routinematig en algemeen worden uitgevoerd.

In het huidige werk, Bootman et al. identificeerde en testte de mogelijke bijdrage van een reeks experimenten om de vaatachtige architectuur van het compacte bot van a . te behouden Tyrannosaurus rex fossiel. Ze verwachten dat het werk een mogelijke basis zal leggen voor aanvullende studies over het behoud van zachte weefsels die zijn teruggevonden in het Mesozoïcum of recentere fossielen. De wanden van het bloedvat van gewervelden bevatten drie verschillende lagen, waaronder de tunica intima (binnenste), tunica media en tunica externa (buitenste laag). Door hun unieke moleculaire samenstelling, wetenschappers kunnen de bestanddelen morfologisch en chemisch onderscheiden. Bijvoorbeeld, elastine is een spiraalvormig eiwit dat specifiek is voor gewervelde dieren en dat weerstand biedt tegen drukveranderingen in de vaatwanden. Collageen is ook specifiek voor gewervelde dieren en vormt een overheersende fractie van bloedvaten om als hun structurele basis te dienen. Aangezien elastine en collageen kenmerkende kenmerken bevatten die herkenbaar zijn aan de moleculaire structuur en samenstelling, Bootman et al. voorgesteld om de twee eiwitten in de overblijfselen van dinosaurusvaten te bestuderen.

Het onderzoeksteam veronderstelde de bijdrage van vroege diagenetische (fysische en chemische) processen aan het voortbestaan ​​van T. rex microvasculatuur uit de diepe tijd. Om dit te testen, Bootman et al. voerden eerst SR-FTIR-analyse uit om het crosslink-karakter in hun controlemonster van kippentype I-collageeneiwit te begrijpen. Ze induceerden crosslinks in het eiwit met behulp van Fenton-reagens of ion-gekatalyseerde glycatietechnieken, gevolgd door het gebruik van transmissie-SR-FTIR om elk weefsel te testen. Ze zagen dat de intramoleculaire crosslinks die in de kippenweefsels werden gevormd, onvolgroeid waren vanwege hun gebrek aan blootstelling aan routes die nodig zijn om intermoleculaire crosslinks of geavanceerde glycatie-eindproducten (AGE's) te vormen.

Om de . te testen T. rex vaatarchitectuur voor endogene eiwitten, de wetenschappers bevrijdden drie soorten schepen uit een gedemineraliseerd T. rex corticaal bot. Vervolgens gebruikten ze zichtbaar-lichtmicroscopie (VLM) om ze te karakteriseren als:

1. Uitgebreid, bruin getinte plooibare netwerken
2. Gefragmenteerde ondoorzichtige structuren
3. Gefragmenteerde halfdoorschijnende structuren

Ze koppelden energiedispersieve röntgenspectroscopie (EDS) aan scanning-elektronenmicroscopie (SEM) en microgerichte röntgenfluorescentie (µXRF) spectroscopie om de verschillen te bevestigen die werden waargenomen in de weefselmonsters van verschillende samenstelling. Het team concentreerde zich op de buigzame vaatnetwerken vanwege hun vergelijkbaar met bestaand botweefsel, die vermoedelijk een minimale wijziging handhaafde.

Toen Boatman et al. bestudeerde het buigzame T. rex schepen die SEM gebruiken, ze observeerden vezelachtige structuren over hun buitenste oppervlak. De gecombineerde kenmerken waren consistent met die waargenomen in bestaande vaten die waren vrijgemaakt van corticaal bot en met fibrillair collageen. Het team analyseerde het SR-FTIR-spectrum van T. rex bloedvaten om de dominante banden te detecteren die zijn waargenomen in zowel behandelde bestaande als oude weefsels. Opmerkelijk, de amide I-band voor het dinosaurusweefsel bevond zich op een overheersende a-helixstructuur die consistent was met volwassen (verknoopt) fibrillair collageen. Het onderzoeksteam voerde vervolgens immunohistochemische (IHC) -onderzoeken uit om eiwitspecifieke epitopen van de structurele eiwitten elastine en type I collageen te identificeren.

De wetenschappers verhoogden antilichamen tegen alle componenten van het bestaande vaatstelsel om positieve binding in de vaatwanden van de dinosaurus waar te nemen. Met behulp van een fluorescerend filter, ze vingen de lokalisatie en distributie van antilichaam-antigeencomplexen (groene fluorescentie). De reactie van de dinosaurusvaten op actine-antilichamen verscheen als een dunne en gelijkmatig verdeelde laag. Antilichamen opgewekt tegen het spiereiwit tropomyosine verschenen met grotere intensiteit op de vaatwanden. De dinosaurusvaten wezen ook op de aanwezigheid van type I collageen-antilichamen, hoewel elastine-antilichamen een grotere intensiteit vertoonden. De twee eiwitten waren goede doelen voor fossiele studies vanwege het hoge evolutionaire behoud in bepaalde regio's. Ze hebben geen reactiviteit waargenomen van dinosaurusvaten op antilichamen tegen bacterieel peptidoglycaan (wat wijst op geen microbiële besmetting).

Bootman et al. getest T. rex vaatstructuren om te begrijpen of post-mortem structurele eiwitverknoping hun weerstand tegen afbraak of diagenetische veranderingen verhoogde. Voor deze, ze concentreerden zich op fibrillair collageen met behulp van SR-FTIR-transmissiespectra om post-mortem crosslinking te suggereren tijdens het proces van behoud van weefselarchitectuur. Deze spectrale kenmerken zijn eerder geregistreerd, maar niet besproken met vroege Jurassic sauropodomorphs en krijtachtige botten. De wetenschappers behandelden vervolgens bulk T. rex weefsel met natriumboorhydride (NaBH ₄ ) om carbonylgroepen binnen onrijpe verknopingen te verminderen en de niet-peptide carbonylabsorptie-intensiteit te verhogen. De koolhydraatabsorptiebanden in de T. rex weefsel consistent waren met AGE's (advanced glycation endproducts). Na de behandeling, de gegevens suggereerden dat T. rex weefsels bezaten zowel intramoleculaire als intermoleculaire crosslink-types.

Toen de wetenschappers de elementen in het weefsel in kaart brachten met behulp van µXRF, ze onthulden ijzer (Fe) als het enige metaal dat geconcentreerd was in de weefsels van de dinosaurusvaten terwijl barium (Ba) werd opgenomen in de halfdoorschijnende vaatafgietsels. Met behulp van uitgebreide micro-röntgenabsorptie-nabij-randstructuurmicroscopie, ze observeerden Fe ³⁺ ingebed in de vaatwanden. De onderzoekers toonden de aanwezigheid van fijn kristallijn goethiet (α-FeO(OH)); een mineraal dat eerder is gedetecteerd in vaatweefsel dat is teruggevonden in twee verschillende dinosaurusspecimens.

Op deze manier, Elizabeth M. Boatman en collega's toonden de aanwezigheid aan van endogene eiwitten van gewervelde soorten in dinosaurusstructuren van zacht weefsel. Dit omvatte de aanwezigheid van type I collageen dat consistent is met het vaatstelsel in bestaande gewervelde dieren. De gegevens ondersteunden een tweestapsmechanisme dat biomoleculen en vaatarchitectuur stabiliseerde na de dood van het organisme, om hun bewaring in skeletelementen te bevorderen. The team hypothesized that iron-mediated Fenton and glycation pathways may have contributed to enhanced T. rex tissue longevity of elastin and fibrillar collagen within and around blood vessels. Both processes could be catalyzed by transition metal species such as iron to define the central role of Fe observed in structural protein crosslinking. The formation of iron oxyhydroxide precipitates in the work fully supported this idea.

The data represent the first comprehensive chemical and molecular characterization of vascular tissues recovered from T. rex specimen USNM 555000. The results shed light on the possible processes of fossilization at the molecular level. The researchers envision the demonstrated techniques will contribute to the development of comprehensive mechanisms to consistently retain vascular tissue survival from deep time.

© 2019 Wetenschap X Netwerk