Ткани ископаемых животных научились различать по пузырькам с пигментами

Биологи нашли способ определять тип мягких тканей позвоночных, чьи остатки фоссилизировались, по форме, размеру и составу их меланосом — клеточных органелл, которые содержат меланин и другие пигменты. Также они показали, что главный пигмент кожных покровов, меланин, каким-то образом задействован в метаболизме металлов, то есть имеет функции, не связанные с приданием окраски тканям. Научная статья опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Пигмент меланин имеет несколько разновидностей и служит главным образом для придания окраски тем тканям, в которых содержится. Молекулы меланина концентрируются в меланосомах — клеточных органеллах, окруженных липидной мембраной. Больше всего меланосом в покровах тела: коже, шерсти, перьях и чешуе, а также в глазах. Однако эти органеллы встречаются и в клетках внутренних органов. Учитывая, что по составу меланосом уже несколько лет реконструируют окраску вымерших животных, важно знать, как на такие реконструкции влияют меланосомы не из кожи — и для чего они в принципе нужны.

Исследователи из Университетского колледжа Корка (Ирландия), Национальной ускорительной лаборатории SLAC (США) и Фуджитского института здравоохранения (Япония) под руководством Кадзумасы Вакамацу (Kazumasa Wakamatsu) провели поиск меланосом во всех типах тканей 15 ныне живущих видов позвоночных и трех вымерших. Информацию о меланосомах собирали пятью разными методами: выделением этих органелл с помощью ферментов, оценкой их параметров по гистологическим препаратам, взаимодействием меланина с пероксидами, сканирующей электронной микроскопией и рентгеноструктурным анализом. Для окаменелостей применяли только два последних.

У изученных видов меланосомы нашли во всех типах тканей (за исключением сердца пятнистого леопардового эублефара Eublepharis macularius). Распределение органелл по телу зависело от систематического положения организма: у птиц и млекопитающих меланосомы вне кожи встречались реже, чем у амфибий и рептилий. Размер меланосом различался у представителей разных видов и, что особенно важно, в разных органах в пределах организма. Как правило, в коже меланосомы были мельче, чем во внутренностях, а наиболее длинными они оказались в глазах.

Особенно интересно, что меланосомы из разных тканей отличались друг от друга концентрацией различных веществ в них. Так, у амфибий меланосомы кожи содержали больше кальция, чем аналогичные органеллы не в коже, меланосомы печени отличались от кожных высокой концентрацией железа, а в меланосомах глаз было особенно много титана. У рептилий наблюдались сходные закономерности. В меланосомах кожи птиц тоже было больше кальция, чем в таких же органеллах из внутренних органов. Различия в концентрации металлов в меланосомах из разных типов тканей слабее всего были выражены у млекопитающих. Эти результаты говорят о том, что меланосомы могут быть как-то связаны с метаболизмом металлов, но связь эта похожа у разных групп позвоночных — а значит, она образовалась давно.

Геометрия и состав меланосом в разных тканях в пределах одного организма отличались не только в свежем биоматериале ныне живущих видов, но и в ископаемых остатках лягушки Pelophylax pueyoi, а также рептилии и летучей мыши, которых до вида не определили. Это говорит о том, что по различным параметрам меланосом можно отличить остатки одних фоссилизированных тканей от других. Однако при этом надо по возможности учитывать условия, в которых формировались и хранились эти остатки.

Меланосомы в окаменелостях обнаружили довольно давно, но сначала их посчитали следами микроорганизмов, которые разлагали покровы тела. В 2008 году сотрудники Йельского университета доказали, что в перьях динозавров сохраняются именно меланосомы. В 2015 году эти органеллы использовали для определения цвета перьев динозавра Anchiornis huxleyi.

Светлана Ястребова