В окаменелом хряще динозавра возрастом 125 миллионов лет обнаружили клеточное ядро с хроматином

Китайские палеонтологи заявили о находке клеточного ядра, содержащего хроматин, в окаменелом хряще раннемелового динозавра Caudipteryx. Это второй случай обнаружения ископаемого хроматина в окаменелостях позвоночных — ранее хроматин выявили в хряще утконосого динозавра, жившего около 70 миллионов лет назад. Исследование опубликовано в журнале Communications Biology.

В последнее время в научной литературе появляется все больше сообщений о находках клеточных ядер в ископаемых остатках организмов, начиная с мамонтов, которые жили десятки тысяч лет назад, и заканчивая растениями мезозойской эры или даже протерозойскими эмбрионоподобными окаменелостями возрастом примерно 609 миллионов лет (которые, по всей видимости, принадлежат протистам). В некоторых случаях, как утверждают авторы работ, ядра сохранились не только на гистологическом уровне, но и на молекулярном: у некоторых ископаемых растений (в частности, из юрского периода) при помощи гистохимических методов удавалось выявить в ядрах хроматин — комплекс ДНК с белками.

В прошлом году мы рассказывали о том, как исследователи с помощью гистохимии впервые выявили хроматин в ядрах ископаемых позвоночных. Этой работой руководила Алида Байёль (Alida M. Bailleul) из Института палеонтологии позвоночных и палеоантропологии Китайской академии наук. Ее команда обнаружила клеточные ядра с фрагментами ДНК в ископаемом хряще позднемелового утконосого динозавра Hypacrosaurus stebingeri, который жил примерно 70 миллионов лет назад. 

Многие ученые скептически относятся к работам по выявлению настолько древних фрагментов ДНК, так как эта молекула распадается довольно быстро по геологическим меркам. Возраст самой древней отсеквенированной ДНК, принадлежащей шерстистому мамонту, составляет всего 1,65 миллиона лет. Критики предполагают, что ДНК из более древних ископаемых остатков на самом деле может принадлежать рецентным бактериям (1, 2). Сторонники эндогенной ДНК отвечают, что характер распределения ДНК в ископаемых клетках не может быть объяснен бактериальным происхождением.

Недавно Алида Байёль с коллегами из Китая опубликовали еще одну работу, посвященную клеточным ядрам динозавров. На этот раз палеонтологи изучили ископаемый хрящ овирапторозавра Caudipteryx sp. (видовую принадлежность авторы не уточняют), представителя биоты Жэхэ (Джехол; Jehol Biota). Этот динозавр жил в раннем меловом периоде — примерно 125 миллионов лет назад. 

Из дистального отдела бедренной кости каудиптерикса ученые взяли образец суставного хряща и разделили его на три части. Из первых двух исследователи сделали шлифы (тонкие срезы), которые изучили при помощи световой и электронной микроскопии. В результате палеонтологи обнаружили в окаменелости клетки хряща — хондроциты.

Третий фрагмент ученые декальцинировали в этилендиаминтетрауксусной кислоте в течение 21 дня, а затем приготовили из него гистологические срезы, часть которых окрасили гематоксилином (окрашивает базофильные структуры, в том числе нуклеиновые кислоты, в синий или пурпурный цвет) и эозином (окрашивает эозинофильные структуры в розовый цвет), а часть оставили неокрашенными. Полученные срезы палеонтологи изучили при помощи световой (в том числе поляризационной) микроскопии и сравнили с аналогичными срезами хряща современного динозавра — курицы. Чтобы избежать контаминации срезы хрящей каудиптерикса и курицы изготавливали в разных помещениях разными наборами инструментов.

Изучив окрашенные срезы хряща каудиптерикса ученые обнаружили, что большинство клеток остались прозрачными, однако в одной клетке гематоксилин окрасил в пурпурный цвет округлую структуру, которую исследователи идентифицировали как ядро. При этом оно содержало несколько темно-пурпурных нитей, которые, по мнению авторов, являлись хроматином. Схожую картину ученые увидели на окрашенных срезах куриного хряща. 

Авторы отмечают, что это второй известный пример сохранности хроматина у ископаемых позвоночных, причем этот хроматин старше предыдущего — из хряща утконосого динозавра — на 55 миллионов лет. По всей видимости, такие древние клеточные структуры смогли сохраниться благодаря особым условиям захоронения. Ископаемые остатки каудиптерикса, как и других организмов биоты Жэхэ, найдены в лагерштеттах — местонахождениях, отличающихся исключительной сохранностью окаменелостей. В случае биоты Жэхэ остатки организмов хорошо сохранились из-за быстрого захоронения вулканическим пеплом.

Хорошей сохранности клеточных структур, по мнению авторов, также способствовал тип ткани: в хряще нет сосудов и нервов, что снижает вероятность бактериальной колонизации. К тому же у хондроцитов в основном анаэробный метаболизм, поэтому они устойчивы к гипоксии и могут сохранять жизнеспособность до двух недель после смерти организма — то есть захоронение необязательно должно произойти сразу после смерти.

Обнаруженные химические различия между ядром и цитоплазмой в хряще каудиптерикса говорят о том, что ДНК могла частично сохраниться в окаменелостях, заключают авторы работы. Однако они оговаривают, что такую ДНК, скорее всего, невозможно выделить и секвенировать.

Многие исследователи сомневаются в возможности сохранения в ископаемых остатках не только ДНК, но и белков, находки которых в окаменелостях скептики объясняют бактериальным происхождением или контаминацией в лаборатории. В прошлом году мы писали о работе палеонтологов, которые проанализировали состав ископаемой скорлупы титанозавров и пришли к выводу, что в течение десятков миллионов лет могут сохраняться лишь отдельные аминокислоты, но не белки. 

Семён Морозов