Odkrywanie starożytnych nawyków żywieniowych dzięki analizie aminokwasów
Biolodzy wciąż nie potrafią w pełni wyjaśnić globalnego rozprzestrzeniania się organizmów i struktury ekosystemów, jaką widzimy dzisiaj. „Weźmy pod uwagę amazońskie lasy deszczowe” — mówi Julia Tejada, uczestniczka projektu FEPS(odnośnik otworzy się w nowym oknie), obecnie pracująca w Kalifornijskim Instytucie Technologicznym(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w Stanach Zjednoczonych. „Jest to najbardziej zróżnicowany region kontynentalny, ale zaledwie 10 000 lat temu zamieszkiwały go gigantyczne leniwce naziemne, ssaki kopytne przypominające nosorożce, mastodonty i gigantyczne ptaki, a to tylko niektóre z przykładów wymarłych zwierząt”.
Ponowna ocena prehistorycznego życia w Ameryce Południowej
Projekt FEPS, który był koordynowany przez Uniwersytet w Cambridge(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w Wielkiej Brytanii, miał na celu ponowną ocenę tego, jak naprawdę wyglądały ekosystemy Ameryki Południowej przed ostatnim wymieraniem związanym z epoką lodowcową. „Odkrycie, że leniwce kopalne miały inne ekologie niż wcześniej sądzono, może radykalnie zmienić nasze rozumienie tych społeczności” — zauważa Tejada. Projekt, który był wspierany przez program działania „Maria Skłodowska-Curie”(odnośnik otworzy się w nowym oknie), miał na celu zebranie bezpośrednich dowodów na dietę tych wymarłych zwierząt, zamiast polegać na pośrednich wskaźnikach, takich jak kształty czaszek lub zębów. „Przeprowadziliśmy analizy izotopowe aminokwasów” — wyjaśnia Tejada. „Dostarczyło nam to bezpośrednich informacji na temat zachowań żerowania i pozwoliło nam ocenić, czy spożywane były białka roślinne czy zwierzęce”. Tejada odwiedzała zbiory paleontologiczne na całym świecie, aby zebrać te próbki. „Skamieniałości często mają niską zawartość kolagenu lub nie zawierają go wcale — im starsza skamieniałość, tym mniejsze prawdopodobieństwo odzyskania związków organicznych” — mówi Tejada. „Często zawierają również związki organiczne z gleby, które są trudne do usunięcia. Dlatego musieliśmy zmodyfikować nasze podejście, w dużej mierze metodą prób i błędów”. Po wyizolowaniu i wyekstrahowaniu białek przeprowadzono szereg procedur chemicznych w celu ich rozbicia na aminokwasy składowe. „Cierpliwość i wytrwałość często stanowią klucz do sukcesu w eksperymentach geochemicznych” — dodaje Tejada.
Walidacja nowych technik analitycznych
Chociaż wiele analiz jest nadal w toku, poczyniono już pewne wstępne ustalenia. „Odkryliśmy, że niektóre aspekty społeczności ssaków południowoamerykańskich były bardziej złożone niż początkowo sądziliśmy, a zachowania związane z żerowaniem okazały się bardziej wszechstronne niż przewidywano” — zauważa Tejada. Te wstępne ustalenia pomogły w walidacji technik analitycznych zastosowanych w projekcie, które dostarczyły bezpośrednich dowodów na pewne cechy biologiczne, takie jak preferencje żywieniowe. Próbki były wcześniej oceniane na podstawie masowych danych izotopowych azotu(odnośnik otworzy się w nowym oknie), które zdaniem Tejady mogą być w najlepszym przypadku nieprecyzyjne, a w najgorszym mylące. Podobnie, samo badanie wskaźników pośrednich, takich jak kształt czaszki lub zębów, może powiedzieć naukowcom tylko tyle o tym, co zwierzę robi i co potrafi.
Odkrywanie roli diety w chorobach
Tejada planuje wykorzystać te początkowe prace, aby przyjrzeć się, czy inne otrzymane aminokwasy mogą stanowić podstawę przewidywań cech biologicznych. „Ponadto wykraczamy poza wykorzystanie aminokwasów z kolagenu i keratyny, uwzględniając inne rodzaje białek, które mogą być lepiej zachowane na przestrzeni czasu” — wyjaśnia. Zastosowania technik wykorzystanych w tym projekcie mogą wykraczać poza badania paleoekologiczne. „Przewidujemy zastosowania w takich obszarach, jak rola diety w chorobach” — dodaje Tejada. „Nasza technika może pomóc w śledzeniu syntezy aminokwasów i różnych szlaków metabolicznych wykorzystywanych w różnych stanach prawidłowych i patologicznych. Nawet w kontrolowanych warunkach żywienia, takich jak ogrody zoologiczne, chociaż wiemy, co oferujemy zwierzętom do jedzenia i w jakich proporcjach, nie wiemy dokładnie, co zwierzę ostatecznie spożywa i jak metabolizuje białka”.
