古代恐竜の細胞の核に有機分子の残骸を発見

古代恐竜の細胞の核に有機分子の残骸を発見生物学
©ZHENG Qiuyang

中国科学院脊椎動物古生物学・古人類学研究所(IVPP)と山東天竜自然博物館(STM)の研究チームは、中国東北部に生息する1億2500万年前の恐竜の軟骨細胞を精巧に保存し、有機分子の残骸とクロマチンを含む核を分離しました。

この研究成果は、2021年9月24日付のCommunications Biology誌に掲載されました。

この恐竜は「コーディプテリクス」と呼ばれ、長い尾羽を持つ孔雀サイズの小型の雑食動物でした。

白亜紀初期に遼寧省の熱河生物群1熱河生物群(ジェホール生物群)は、1億3300万年前から1億2000万年前の中国北東部のすべての生物、つまり生態系を含んでいます。これは白亜紀下部の生態系で、宜仙層や九方堂層に化石を残しています。白亜紀下部の生態系は、河川や三角州、海洋ではなく、湿地帯や多数の湖沼で占められていました。降雨は季節的で、半乾燥状態と中温状態が交互に繰り返されていました。気候は温帯でした。熱河の生態系は、西にある火山からの火山灰の噴火によって定期的に中断されていました。の浅い湖のほとりを歩き回っていました。

IVPP准教授で本研究の共著者であるLI Zhiheng氏は、「長年にわたって蓄積された地質データによると、熱河生物群の化石保存は、細かい火山灰が死骸を内包して細胞レベルまで保存していたため、例外的であったことがわかっています。」と述べています。

科学者たちは、この標本の右大腿骨から遠位部(関節軟骨部)の一部を抽出し、それを脱灰し、さまざまな顕微鏡や化学的手法を用いて分析しました。

Caudipteryxの大腿骨から採取した3つの軟骨細胞の写真。

コーディプテリクスの大腿骨から採取した3つの軟骨細胞の写真。©Alida Bailleul

その結果、動物の死後、すべての細胞が珪化2岩石の中に珪酸が浸透し、硬い珪質岩になること。によってミネラル化していることがわかりました。

この珪化が、細胞の優れた保存性を可能にしたと考えられます。

また、細胞には大きく分けて2種類あり、化石化した時点で健康だった細胞と、死の過程で多孔質化して化石化した健康ではない細胞があることがわかりました。

IVPPの准教授で本研究の責任著者であるAlida Bailleul氏は、「動物が死ぬ前から、これらの細胞が死滅していた可能性があります。」と述べています。

細胞死は、すべての動物が一生の間に自然に起こるプロセスです。

しかし、化石化した細胞を細胞周期内の特定の場所に配置することができるのは、古生物学では極めて新しいことです。

これは、IVPPの科学者たちの目的のひとつである、化石の細胞画像の向上につながるものです。

さらに研究チームは、いくつかの細胞を分離し、世界中の生物学研究室で使用されている化学物質で染色しました。

ヘマトキシリンと呼ばれるこの紫色の薬品は、細胞の核に結合することが知られています。

恐竜の資料を染色したところ、1つの恐竜の細胞には紫色の核と、それよりも濃い紫色の糸のようなものが見られました。

これは、1億2500万年前の恐竜の細胞の核が、元の生体分子やクロマチン(染色糸)を残しているほど保存状態が良いことを意味している。

地球上のすべての生物の細胞内にあるクロマチンは、DNA分子が緊密に結合したものです。

今回の研究結果は、恐竜のオリジナルのDNAの残骸がまだ保存されている可能性を示唆する予備的なデータです。

しかし、これを正確に検証するためには、今回使用した染色法よりもはるかに洗練された化学的手法を用いて、さらに多くの作業を行う必要があるといいます。

「正直に言うと、私たちは細胞核の化石に興味を持っています。なぜなら、DNAが保存されていれば、ほとんどのDNAがここにあるはずだからです。」とAlida Bailleul氏は言います。

昨年、彼女はモンタナ州の恐竜の軟骨細胞で、核と生体分子が例外的に保存されていたことを報告する別の研究を発表しました。

「 このように、私たちは良い予備データ、非常にエキサイティングなデータを持っていますが、非常に古い化石の細胞生化学を理解し始めたばかりなのです。現時点では、もっと研究する必要があります。」

研究チームは、恐竜の細胞内で生体分子の保存を可能にするプロセスを理解するためには、さらに多くの分析を行い、新しい方法を開発する必要があると主張しています。

なぜなら、これまでに誰も恐竜のDNAの配列決定に成功したことがないからです。

古代DNAの分野では、化石の中に古代のDNAが保存されているかどうかを確認するために、塩基配列の決定方法が用いられています。

これまでのところ、これらの方法は若い化石(約100万年以上前のもの)にしか使えず、恐竜の素材には使えませんでした。

恐竜はあまりにも古く、DNAが残っていないと考えられているからです。

しかし、IVPP社とSTM社の研究者が収集した化学データは、そうではないことを示唆しています。

もっとデータを集めなければならないとはいえ、今回の研究は、1億2500万年前の恐竜の化石細胞が100%岩石とは言えないことを示している。

完全に「石化」しているわけではありません。

むしろ、有機分子の残骸が残っているのです。

今後は、これらの分子が何であるか、生物学的な情報やDNAの残骸が残っているかどうかを正確に把握することが重要です。

Provided by Chinese Academy of Sciences. Zheng, X. et al. Nuclear preservation in the cartilage of the Jehol dinosaur Caudipteryx. Communications Biology (2021). DOI: 10.1038/s42003-021-02627-8

 

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