Az Ichthyoszauruszok a mai delfinekhez hasonlítottak – derül ki egy szenzációs lelet vizsgálatából

Puha szövetek, sejtek, szerves molekulák, köztük fehérjék fosszilizálódott maradványait azonosította egy a korai jurából származó, különlegesen megőrződött tengerihüllő-leletben egy nemzetközi kutatócsoport. A csúcstechnológiás eszközökkel végzett kutatás során áttörő felfedezéseket tettek a halgyíkok (Ichthyoszauruszok) közé tartozó Stenopterygius egykori megjelenésével és életmódjával kapcsolatban. Ezek mind arra utalnak, hogy a halgyíkok tengeri emlősökre emlékeztető evolúciós adaptációkkal rendelkeztek. A Nature-ben decemberben megjelent tanulmány megállapításai még egy lépést jelenthetnek a molekuláris őslénytan korszaka felé, a fosszíliákban megőrződött sejt- és makromolekula-maradványok vizsgálatával új ablakot nyit a Föld ősi élővilágára. 

A Stenopterygius fosszília a Stutgarttól nem messze található német település, Holzmaden egyik kőbányájából került elő, egy korai jura kori, közel 180 millió éves Posidonia pala formációból, amely az egykori Tethys-óceán üledékéből alakult ki. A Stenopterygiusok a halgyíkok (Ichthyoszauruszok) rendjébe tartozó tengeri hüllők voltak. Az Ichthyoszauruszok közel 250 millió éve alakultak ki szárazföldi hüllőkből, hasonlóan a bálnákat és delfineket is tömörítő cetek evolúciós folyamatához. Legnagyobb változatosságukat a késő triász során érték el, ezután a Plezioszauruszok fokozatosan átvették tőlük a tengeri csúcsragadozók szerepét. A dinoszauruszokhoz és a Plezioszauruszokhoz hasonlóan átvészelték a 201 millió évvel ezelőtti Triász-Jura tömeges kihalást, és elterjedtek maradtak a korai jura időszakban, ahonnan ez a fosszília is származik. Végül a késői krétában tűntek el végleg a Föld óceánjaiból, 90 millió évvel ezelőtt.

Az MH 432 jelzésű Stenopterygius fosszília. Forrás: Johan Lindgren/Lund Egyetem

A svéd Lundi Egyetem kutatója, Johan Lindgren és a molekuláris őslénytan úttörője, az amerikai Észak-Karolinai Állami Egyetem paleontológusa, Mary H. Schweitzer által vezetett kutatás célja a kültakaró szövetek sejt- és molekuláris összetételének meghatározása volt a Stenopterygius leletben.

Zsírréteg, pikkelymentes kültakaró, színsejtek

Az állat puha kültakaró szöveteinek maradványai fényes fekete borításként jelentkeznek a csontváz külsején. Ezeket a kutatók normál és UV fényben, valamint az összetétel meghatározásra alkalmas röntgenfluoreszcens spektroszkópia (XRF) segítségével vizsgálták. Az így kapott adatok lehetővé tették a szövetek elemi összetételének feltárását és a legjobb mintavételi helyek kiválasztását. A mintákat steril berendezésekkel gyűjtötték, és több független laborba továbbították vizsgálatok céljából.

A kutatócsoport vizsgálatai feltárták az eredeti pikkelymentes bőr maradványait, amelyek egymástól elkülönülő felhám (epidermis) és irha (dermis) rétegekből állnak. Az állat kültakarója valószínűleg sim és a ma élő cetekhez hasonlóan gumiszerű lehetett. A felhámban melanint tartalmazó színsejteket, melanofórákat és a felhám nagy részét alkotó keratinocita sejteket azonosítottak.  A felhám színsejtjei nagy nyúlványokkal rendelkeztek, és vélhetően melanoszómáknak köszönhetően, szemcsés szerkezetet mutatnak. Erre utal az is, hogy sikerült eumelanin jelenlétét kimutatni bennük. A színsejtek különböző hát-hasi eloszlása arra enged következtetni, hogy az állat háta sötétebb, hasi része pedig világosabb lehetett. A kutatók szerint továbbá az állat színsejtjei segítségével képes lehetett kültakarójának színét szabályozni a jobb fényvédelem vagy elrejtőzés érdekében.

A lelet a kutatók szerint részben foszfátosodásos fosszilizációnak, részben pedig helyi molekuláris átalakulásnak köszönhetően fosszilizálódott. A szövet- és sejtmaradványok vizsgálata főleg geopolimereket tárt fel, amelyekből nehéz meghatározni, mik lehettek az eredeti molekulák. A szakemberek szerint legalább néhány esetben azonban egy eredeti lipidforrás feltételezhető. Szénhidrogének mellett koleszterin származékokat és fehérje töredékeket is találtak a mintákban. A fehérjetöredékek miozin, hemoglobin, alfa-keratin, elasztin, aktin és kollagén immunológiai tulajdonságaival rendelkeznek. A mintákban más hasonló korú gerincesekben korábban kimutatott beta-keratin fehérjetöredéket nem találtak, ami a tanulmány szerzői szerint arra utal, hogy az állat bőre pikkelymentes volt.

A kutatók a bőr alatti réteget anatómiai helye, kémiai összetétele és a rostokból álló anyag vizsgálata alapján fosszilizált zsírrétegként azonosították. Ezt erősíti az is, hogy egy összehasonlító kísérlet során mesterséges üledékképződésnek (nagy nyomás és hőmérséklet) kitett zsírrétegminta hasonló, sejtekből és rostokból összenyomott réteget ad. Bár az eredeti zsírréteg vastagsága nehezen becsülhető, mégis megpróbálkoztak vele a kutatók. A kísérleti összehasonlításhoz használt 2 centiméteres, delfinből származó zsírrétegminta 250 mikrométeresre ment össze mesterséges körülmények között, ami arra utal, hogy a fosszíliában 500 mikrométeres rétegként megőrződött zsírréteg elég vastag lehetett. A zsírréteg segíthetett az állat áramvonalasabbá tételében, valamint úszóképességének és hőmérsékletének szabályozásában.

A zsírréteg megléte egybevág azzal a korábbi elképzeléssel, hogy az Ichthyoszauruszok részlegesen endoterm, hőszabályozásra képes állatok lehettek. Emiatt állandóan magas testhőmérsékletet voltak képesek fenntartani a körülményektől függetlenül, így mélyre tudtak merülni, folyamatos haladásra voltak képesek, és eltűrték a hidegebb környezeti viszonyokat is.

A Stenopterygius lehetséges megjelenésének illusztrációja. Forrás: Nobu Tamura

Bár ezeket az állatokat csaknem 180 millió év választja el a mai bálnáktól és delfinektől, a Stenopterygius kültakarójának jellemzőit tekintve (mint a sima külső felszín vagy a vastag zsírszövetréteg) közel azonos alkalmazkodási módokat találtak a környezeti kihívásokkal szemben, így kiváló példái a hasonló tulajdonságok vagy analóg struktúrák egymástól független kialakulásának, vagyis a konvergens evolúciónak.

„Ezeket a specializációs adaptációkat azoknak a morfológiai és fiziológiás megkötéseknek tudjuk be, amelyeknek minden nyílt tengeri négylábú (tetrapoda) ki volt téve a tengeri életmód irányába tartó evolúciós átmenete során” 

– írták a kutatók a tanulmányban.

A biomolekulák fosszíliákban való megőrződése vitatott terület

A tanulmány legnagyobb vitát kiváltó állítása egyértelműen az állat eredeti fehérjetöredékeinek megőrződésére vonatkozik. Az olyan komplex molekulák, mint a DNS, a legideálisabb körülmények között is csak fél-másfél millió évig maradhatnak meg. Abban nagyjából konszenzus van, hogy fehérjék vagy legalábbis azok töredékei ennél tovább bírják, de a fosszíliákból izolált fehérjék vizsgálata vitatott terület az őslénytanon belül. Körültekintő módszerekkel végzett kutatások korábban 66 millió éves, illetve 195 millió éves dinoszauruszfosszíliákból is kimutattak ilyen töredékeket.

Egy a kutatásban nem résztvevő paleontológus, Kenneth Lacovara, a New Jersey-i Rowan Egyetem professzora és az egyik legnagyobb valaha élt dinoszaurusz, a Dreadnoughtus felfedezője mindenesetre Facebook-bejegyzésben üdvözölte a kutatócsoport eredményét:

„Nem lenne fantasztikus, ha a paleontológusok is úgy tudnának ősi állatokat vizsgálni, ahogyan a biológusok tanulmányoznak modern élőlényeket? Már régóta ez a molekuláris őslénytan ígérete. Ez a kutatás egy lépéssel közelebb visz ehhez a valósághoz, és megmutatja, hogy a tengeri hüllők, mint ez a jurában élt Ichthyoszaurusz, a sejtjeik szintjéig sok olyan adaptációval rendelkeznek, amelyek a tengeri emlősökre jellemzőek, és jóval később, függetlenül alakultak ki. Mennyire fantasztikus ez?”

Más szakemberek azonban óvatosabbak azzal kapcsolatban, hogy valóban 180 millió éves fehérjetöredékeket sikerült a kutatócsoportnak izolálni. A National Geographicnak nyilatkozó paleontológus, Evan Saitta felhívta a figyelmet, hogy a kutatásban használt antitesttechnikák külső szennyeződéseknek köszönhetően könnyen fals pozitív eredményt adhatnak, ezért a hasonló tanulmányoknak a jövőben több kontrollmintával kellene dolgozniuk.

Ahogy ez a tudományban megszokott, a vitát csak további adatok és még körültekintőbb vizsgálatok dönthetik el. A különleges Stenopterygius leletet a legmodernebb módszerekkel vizsgáló tanulmány addig is közelebb visz a fosszíliák molekuláris módszerekkel történő vizsgálatához és az Ichthyoszauruszok megismeréséhez.

A címlapi képen a Stenopterygius illusztrációja látható, amelyet Nobu Tamura készített.

Mit üzennek egymásnak a növények?

A növények olyan fokú kémiai diverzitást állítanak elő, amit talán most még felfogni sem vagyunk képesek. Parádi István, az ELTE TTK Növényélettani és Molekuláris Növénybiológiai Tanszék egyetemi adjunktusának előadása a márciusi Budapest Science Meetupon.