چگونه می توان تشخیص داد که دایناسور ماده است یا نر؟ این یکی از اساسی ترین جنبه های زیست شناسی است، و با این حال تا حد زیادی یک راز در دیرینه شناسی باقی مانده است. ما هنوز جنسیت بیشتر گونه‌های منقرض شده را نمی‌دانیم، حتی اگر آنهایی که در نمایشگاه‌های موزه‌ها نام‌های خاص جنسیتی داشته باشند. از T.rex شکایت کن یا کلیف تریسراتوپس. اما اکتبر گذشته، در نشست سالانه انجمن دیرینه شناسان مهره داران، یک دانشمند بینشی از کار او و تیمش برای یافتن هورمون ها در استخوان های فسیلی ارائه کرد. نتایج اولیه آنها نشان می‌دهد که ردپایی از هورمون‌های جنسی می‌تواند در فرآیند فسیل‌سازی زنده بماند. اگر چنین است، می تواند یک بازی را تغییر دهد و بینش خارق العاده ای را در مورد حیوانات باستانی و تکامل آنها در این سیاره ارائه دهد.
ایوان سایتا این اثر را در یک جلسه پوستر SVP ارائه کرد. او که در حال حاضر یک دیرینه‌شناس فوق دکتری در دانشگاه شیکاگو است، از سال 2018، زمانی که تعدادی مقاله را مطالعه کرد که کلسترول را در فسیل‌ها پیدا کرده بود، احتمال کشف هورمون‌های فسیلی را بررسی کرده است. 720 میلیون سال پیش. کلسترول، “نوع دیگری از استروئید” است و “هورمون های جنسی از کلسترول بیوسنتز می شوند.”
به عبارت دیگر، بدن با اصلاح مولکول های کلسترول موجود، هورمون هایی مانند استروژن و تستوسترون تولید می کند. سایتتا توضیح داد که به همین دلیل است که “این هورمون ها ساختار اساسی مشابهی با کلسترول دارند.” این ساختار پایدار است و کلسترول را برای بقای میلیون ها سال فشار زمین شناسی مطلوب تر می کند. این موضوع باعث شد تا Saita به این فکر کند که آیا هورمون هایی مانند استروژن و تستوسترون نیز می توانند زنده بمانند، حتی به شکل تغییر یافته.
وی گفت: کلسترول در هر غشای سلولی بدن شما وجود دارد، در حالی که این هورمون ها در غلظت بسیار کمتری هستند. آنها در غدد جنسی متمرکز و تولید می شوند که فسیل نمی شوند. آنها از طریق جریان خون حرکت می کنند که فسیل نمی شود. بنابراین امید شما این است که وقتی یک ارگانیسم می میرد، مقدار کافی هورمون باقیمانده در استخوان باقی بماند که بتوانید آن را تشخیص دهید.
اما ابتدا او و تیمش باید بفهمند که به دنبال چه چیزی هستند. بنابراین آنها استروژن خالص را به شکل استرادیول، یک عصاره پودری، از طریق آزمایش‌هایی که برای شبیه‌سازی فرآیند فسیل‌سازی طراحی شده‌اند، قرار دادند. این آزمایش‌ها با رسیدن مصنوعی به آنها این امکان را داد که گرما و فشاری را که در طول میلیون‌ها سال رخ می‌دهد، به‌طور ناقص بازتولید کنند.
سایتا در یک مصاحبه تلفنی گفت: «وقتی سیستمی را گرم می‌کنید، واکنش‌های شیمیایی می‌توانند سریع‌تر اتفاق بیفتند، و این همان ترفندی است که می‌خواهید دنبال کنید: شما از گرما نه تنها برای شبیه‌سازی مستقیم برخی از زمین‌گرمایی استفاده می‌کنید. گرما، زمانی که [a fossil is] دفن شده در زیر زمین، بلکه برای گفتن زمان.
استرادیول از آزمایش بلوغ مصنوعی جان سالم به در برد، به این معنی که در تئوری می تواند از فسیل شدن جان سالم به در ببرد. قرار دادن آن از طریق کروماتوگرافی گازی-طیف‌سنجی جرمی – فرآیندی که مولکول‌ها را از مخلوط‌های پیچیده جدا می‌کند – به آنها یک نقشه راه داد: راهی برای مقایسه “اثر انگشت” بالقوه استروژن در استخوان و درک چگونگی و زمان این اثر انگشت در این فرآیند.
با این حال، این تیم به جای اینکه مستقیماً به سراغ فسیل ها بروند، استخوان های حیوانات موجود از جمله شاهین و غاز را آزمایش کردند. آنها همان اثر انگشت استروژنی را پیدا کردند. سایتا یک قدم جلوتر رفت و استخوان غاز را که با خاک رس احاطه شده بود آزمایش کرد. آیا هورمون ها از استخوان به رسوبات اطراف نفوذ می کنند؟ در این مورد، آنها این کار را نکردند، یافته‌ای که پیامدهایی برای تحقیقات فسیلی آینده دارد.
با نمونه هایی از استروژن خالص و استخوان های مدرن، تیم به سمت فسیل ها رفت. آنها در سازندهای شناخته شده برای حفظ استثنایی یافت نمی شوند. آنها به سادگی قطعات استخوانی متفاوتی از دایناسورهای مختلف – شناخته شده و ناشناخته در زمان آزمایش بودند. نتایج مختلط بود. چهار نفر از آنها نشان دهنده وجود استروژن هستند. چهار نفر این کار را نکردند. و یکی نامشخص بود.
برای Saitta، آثار بالقوه هورمون ها در فسیل ها به اندازه نتایج خود آزمایش ها مهم نیست. او گفت: «این کار هیجان‌انگیز است و بیش از هر چیز دیگری گواه مفهوم است، زیرا نشان می‌دهد که هورمون‌ها ممکن است از فسیل‌ها جان سالم به در ببرند و قابل تشخیص باشند.
ما می دانیم که استروژن پایدار است. ما می دانیم که شما می توانید آن را در استخوان ها، نه فقط غدد جنسی یا خون پیدا کنید. و ما می دانیم که اگر آن را تحت فشار بپزید، چه به عنوان خود عصاره تصفیه شده یا به عنوان هورمون باقیمانده در استخوان ها، می توانید آن را تشخیص دهید، و می توانید آن را جدا از محیط تشخیص دهید. همه اینها، به نظر من، نتیجه کلیدی است.”
جاسمینا ویمن، همچنین از دانشگاه شیکاگو، در این تحقیق شرکت نداشت. او یک زمین‌شناسی مولکولی، نجومی، دیرینه‌بیولوژیست و عضو موسسه آگورون در موزه تاریخ طبیعی فیلد است. در ایمیلی به Gizmodo، او خاطرنشان کرد که “نویسندگان به موضوعی در اینجا اشاره می کنند که در گذشته به طور کامل بررسی نشده است.”
اما او همچنین می نویسد که “تشخیص قابل اعتماد ردپایی از مولکول های زیستی که در ابتدا در غلظت های بسیار بالا ظاهر شدند می تواند بسیار چالش برانگیز باشد.” او به هِم اشاره می‌کند، «ترکیب پورفیرین که مسئول رنگ قرمز خون است: هِم یک مولکول کوچک و بسیار پایدار است که به پروتئینی در خون مهره‌داران متصل می‌شود. علیرغم فراوانی آن در استخوان های عروقی مهره داران زنده، ردیابی هِم از استخوان های فسیلی بسیار چالش برانگیز است و مقادیر حفظ شده به سختی از حد تشخیص فراتر می رود. هورمون‌های جنسی از طریق جریان خون توزیع می‌شوند، اما تقریباً در یک میلیاردم غلظت هم وجود دارند.
وی افزود: «تلاش برای استخراج ترکیباتی که از نظر شیمیایی پایدار هستند اما در غلظت‌های بسیار کم در مایعاتی رخ می‌دهند که هیچ اثری از فسیل از ماتریکس استخوان مجاور باقی نمی‌گذارد، این سؤال را ایجاد می‌کند: با توجه به اینکه مایعات دیاژنتیکی در طی فرآیند فسیل‌سازی به استخوان نفوذ می‌کنند، چه چیزی است. آیا این احتمال وجود دارد که مقدار کمی استروژن قابل تشخیص برای میلیون ها سال زنده بماند؟
سایتا موافق است که تشخیص هِم یک چالش است، اما خاطرنشان می‌کند که «پورفیرین‌ها یک چالش اضافی نیز دارند (که هورمون‌ها ندارند): آنها همچنین می‌توانند از منابع فراوان برون‌زا/محیطی مانند جلبک‌های موجود در آبی که در آن فسیل‌های بدن انباشته شده‌اند، به وجود آیند. ‘
و او گفت، از نظر مایعات دیاژنتیکی – اصطلاحی که به آب موجود در رسوبات و چگونگی تأثیر مایعات بر رسوب در طول زمان اشاره دارد – “مطمئناً مانعی است که باید بر آن غلبه کرد” و خاطرنشان کرد که “این مولکول ها خیلی محلول نیستند. اب. ما می دانیم که استروئیدهایی مانند کلسترول می توانند در استخوان ها باقی بمانند بدون ضرر کلی در ماتریکس برای میلیون ها سال، بنابراین هورمون ها احتمالا باید بیش از حد.
او به مقدار استخوانی که او و همکارانش آنالیز کرده‌اند (“تا 50 گرم در برخی موارد”) اشاره می‌کند و بیان می‌کند که “یکی از راه‌های جستجوی مولکول‌های با غلظت پایین این است که برای از بین بردن قطعات بزرگ فسیل‌ها آماده باشیم!”
اما او معتقد است که “به نظر می رسد تشخیص استروژن در استخوان خشک شده قبل و بعد از بلوغ امکان پذیر است” و به تشخیص استروژن در آزمایشات با بلوغ مصنوعی استخوان اردک و غاز اشاره می کند.
هالی لاتا نویسنده دوم این اثر فعلی و یک شیمیدان آلی است. او این آزمایش ها را روی تمام استخوان هایی که تیم تاکنون روی آنها کار کرده بود انجام داد. او در ایمیلی نوشت: «به وضوح باید کار بیشتری برای تأیید نتایج و میزان کامل معنای آنها انجام شود. اما وعده این نتایج فوق العاده هیجان انگیز است.
ممکن است تعجب کنید که آیا کمبود استروژن در نتایج آنها ممکن است به این معنی باشد که استخوان مورد آزمایش از یک مرد آمده است. سایتا توضیح داد که هم زنان و هم مردان حاوی استروژن و تستوسترون هستند. کلید تعیین یک جنسیت نسبت به جنسیت دیگر در مقادیر موجود در داخل است. به گفته او، اگر اصلاً بتوان استروژن را در یک فسیل تشخیص داد، می تواند نشان دهنده سطوح بالای استروژن باشد که نشان دهنده وجود یک ماده است.
بخشی از کارهای آینده آنها همچنین شامل آزمایش تستوسترون، به همراه آزمایش اندازه‌های نمونه بسیار بزرگتر و آزمایش فسیل‌های سازنده‌هایی است که برای حفظ بهتر شناخته شده‌اند.
ویمن موافق است: «اگرچه این سؤال فوق‌العاده هیجان‌انگیز است، اما کار اساسی زیادی وجود دارد که باید توسط زیست‌شناسان، دیرینه‌شناسان و ژئوشیمی‌دانان انجام شود: ابتدا باید بدانیم که آیا استروژن واقعاً قابل فسیل است یا خیر». و اگر بتوانیم ردپایی از استروژن را پیدا کنیم، باید بفهمیم چه عواملی منجر به تفاوت در مقادیر حفظ شده (تنظیمات مختلف رسوب، بافت‌های مختلف، گونه‌های مختلف و غیره) می‌شود.”
اما Saitta معتقد است که سوال این است، “آیا می توان آن را به طور قابل اعتماد در غلظت کم تشخیص داد؟” همه شواهد و منطق نشان می دهد که می توان آن را فسیل کرد.” او اذعان کرد که “غلظت هورمون بسیار پایین است، اما انتظار منطقی این است که طیف سنج های جرمی با گذشت زمان بهبود می یابد و محدودیت های تشخیص کاهش می یابد. به این ترتیب، من فقط پتانسیل آینده را برای تحقیقات هورمونی باستانی می بینم.
سایتا گفت: «این هورمون‌ها عوامل محرک رشد جنسی و دوشکلی جنسی هستند.» این که هورمون‌ها در آزمایش‌هایشان ثابت شده‌اند و عناصر کمیاب این هورمون‌ها را می‌توان در فسیل‌هایی یافت که در صورت وجود، کمی وجود داشته باشد. انتظار می رود ارگانیک ها زنده بمانند، «همه اینها بسیار دلگرم کننده است. شما واقعاً با نگاه کردن به خود هورمون ها به محرک های مستقیم رشد جنسی می رسید.
