Ontkalkt hard weefsel van een sauropode dino met o.m. bloedvaten (bv) en osteocyten, beendercellen (OC). Foto: Jasmina Wiemann/Yale University

Hoe eiwitten kunnen overleven in fossiele dinosaurusbeenderen

Een internationaal team van onderzoekers, onder wie ook VUB-paleontoloog Koen Stein, heeft ontdekt hoe zachte weefsels, bestaande uit proteïnen, kunnen overleven in miljoenen jaren oude fossielen van dinosaurusbeenderen. Onder de juiste omstandigheden worden ze omgezet in stabielere en meer duurzame chemische stoffen, die lijken op de verbindingen die verbrande toast donker laten kleuren. De ontdekking maakt het mogelijk plaatsen te identificeren waar mogelijk zachte weefsels in fossiele beenderen gevonden kunnen worden. 

Fossiel zacht weefsel in de beenderen van dinosaurussen is al enige tijd een controversieel onderwerp onder paleontologen en andere onderzoekers. 

Harde weefsels, zoals beenderen, eierschalen, tanden en schubben uit natuurlijk glazuur, doorstaan fossilisatie bijzonder goed, maar zachte weefsels, zoals bloedvaten, cellen en zenuwcellen - die in de harde weefsels opgeborgen zitten -, zijn veel kwetsbaarder, en er wordt van aangenomen dat ze na de dood zeer snel vergaan. Die zachte weefsels bestaan voornamelijk uit proteïnen of eiwitten, waarvan gedacht wordt dat ze volledig desintegreren binnen zo'n vier miljoen jaar.

Dinosaurusbeenderen zijn veel ouder, doorgaans zijn ze zo'n 100 miljoen jaar oud, en toch blijven er af en toe organische structuren in bewaard die gelijken op cellen en bloedvaten. Verschillende pogingen om deze paradox op te lossen, hadden tot nu toe geen afdoend antwoord opgeleverd. 

"We hebben de uitdaging aangenomen om de fossilisatie van proteïnen te leren begrijpen", zei paleontoog Jasmina Wiemann. "We hebben 35 stalen getest van fossiele beenderen, eierschalen en tanden, om uit te zoeken of ze proteïne-achtige zachte weefsels bewaard hadden, om hun chemische samenstelling te ontdekken, en om vast te stellen onder welke omstandigheden ze in staat waren om miljoenen jaren te overleven", zo zei ze in een persmededeling van de Yale University. Wiemann is paleontoloog aan Yale, en de belangrijkste auteur van de nieuwe studie over het onderzoek.   

Omgezet in AGE's en ALE's

De onderzoekers ontdekten dat zachte weefsels bewaard waren in stalen uit oxiderende milieus zoals zandsteen en kalksteen uit ondiepe zeeën. De zachte weefsels waren omgezet in "Advanced Glycoxidation end products" (AGE's) en "Advanced Lipoxidation end products" (ALE's), die kunnen weerstaan aan verval en degradatie. Wat structuur betreft zijn ze te vergelijken met de chemische verbindingen die verbrande toast donker kleuren. 

AGE's en ALE's worden gekenmerkt door een bruine kleur die de fossiele beenderen en tanden kleurt waarin ze voorkomen. De verbindingen zijn hydrofoob - waterafstotend, wat betekent dat ze weerstaan aan de normale effecten van water -, en ze hebben eigenschappen die het moeilijk maken voor bacteriën om hen op te eten. 

Raman microspectroscopie

Wiemann en haar collega's deden hun ontdekking door fossielen te ontkalken, en beelden te maken van de vrijgekomen structuren van zachte weefsels.

Ze pasten op de losgemaakte fossiele zachte weefsels Raman microspectroscopie toe, een niet destructieve methode om zowel de organische als de niet-organische bestanddelen van de stalen te analyseren.

Tijdens dat proces veroorzaakt laserenergie die op het weefsel gericht wordt, moleculaire trillingen die spectrale "vingerafdrukken" bevatten voor de chemische stoffen die erin aanwezig zijn.  Zo kan men nauwkeurig bepalen welke stoffen dat zijn, zonder het weefsel te vernietigen of te beschadigen, en het bleek te gaan om AGE's en ALE's. 

Plaatsen waar zachte weefsels in fossielen mogelijk bewaard zijn

Mede-auteur van de studie Derek Briggs zei dat de studie plaatsen kan aanduiden waar zachte weefsels gevonden zouden kunnen worden in fossiele beenderen, onder meer in zandsteen die afgezet is door rivieren, zandsteen van zandduinen, en in kalksteen uit ondiepe zeeën. 

"Onze resultaten tonen hoe een chemische wijziging de fossilisering van deze zachte weefsels verklaart, en identificeert de soorten milieus waar dit proces plaatsvindt", zei Briggs. "De beloning is een manier om in het veld plaatsen aan te duiden, waar deze manier van bewaring waarschijnlijk voorkomt. Daarmee breiden we een belangrijke bron van informatie over de biologie en de ecologie van oude gewervelden aanzienlijk uit."

Briggs is professor geologie en geofysica aan de Yale University,  en een conservator aan het Yale Peabody Museum of Natural History. 

De studie van het team van Yale, het American Museum of Natural History, de Universität Bonn en de Vrije Universiteit Brussel is gepubliceerd in "Nature Communications".