Dinozor Kafatasında Fosil DNA İzleri Keşfedildi

Bilim insanları 70 milyon yıldan daha eski kıkırdakta hücresel yapıları ve DNA gibi davranan bir maddeyi tespit ettiler.

Milyarlarca yıl boyunca DNA, canlı organizmaların proteinlerini nasıl ve ne zaman üretileceğine dair talimatları içeren yaşamın bilgi molekülü olarak tanımlandı. Ancak bu biyolojik bilgi ne kadar süre hayatta kalabilir?

Uluslararası bir araştırma ekibi, ilgi çekici yeni bir çalışmada çok iyi korunmuş dinozor fosillerinden bazılarının hücre iskeletlerini içerebileceğini ve bu yapıların dinozorların orijinal DNA’sından oluşmuş olabileceğini ortaya koyuyor.

(Kehribar İçinde Küçük Bir Dinozor Kafası Bulundu)

Yapılan çalışma, yaklaşık 75 milyon yıl önce Montana’da yaşayan bitki yiyen bir dinozor olan iki genç hadrozor Hypacrosaurus stebingeri’nin kafatası kemiklerini yakından inceliyor.

Araştırmacılar, küçük fosillerin içinde bazıları bölünme sürecinde donmuş olan hücre gibi şeyleri görebilirler. Bunların dışında, DNA’yı depolayan hücresel yapılar olan çekirdeklere benzeyen kararmış toplar vardı. Ve bir hücre karanlık, kromozomlara benzeyen karmaşık spiralleri, hücre bölünmesi sırasında oluşan yoğun protein ve DNA ipliklerini içeriyor gibi görünüyor.

Çalışmanın başyazarı Alida Bailleul “Bu daha önce hiçbir omurgalıda rapor edilmemiş, hücre içi bir koruma seviyesi.” diyor.

Araştırmacılar, fosilleşmiş malzemeyi test etmek için, canlı hücrelerdeki DNA’ya bağlanan lekeleri dinozor kafatasının parçalarına uyguladı. Bu lekeler fosil hücrelerdeki belirli noktalara yapışmış, bu da onları floresan kırmızı ve mavi renkte parlattı. Araştırmacıların aktardığı kadarıyla, lekeler ne olursa olsun, bakteriler gibi bir dış kontaminantdan değil, dinozorun orijinal moleküllerinden türetiliyor.

Keşif, dinozor DNA’sını sıralayabileceğimiz anlamına mı geliyor? Pek değil. Araştırmacılar, fosil hücrelerinden DNA çıkarmayı denemediler, bu nedenle materyalin değiştirilmemiş bir DNA mı yoksa bir çeşit genetik materyalin parçalanmış fosil yan ürünü olup olmadığını teyit etmediler. Bilim insanları ayrıca, dinozor hücrelerinde DNA varsa muhtemelen küçük parçalarda, kimyasal olarak değiştirilmiş ve önceden protein olan şeyle karışmış halde olabileceği konusunda uyarıyorlar.

Bailleul ”Jürasik Park türü bir iş yapmıyoruz ” diyor.

Buna rağmen çalışma, fosillerin mikroskobik yapıları ve hatta bir organizmanın hücrelerini oluşturan pigmentlerden proteinlere ve daha fazlasına kadar olan moleküllerin izlerini koruyabileceğini hatırlatıyor. Son zamanlarda yapılan bir çalışmada, yarım milyar yıl önce yaşamış bir yaratık olan Dickinsonia’nın fosilinde biyomolekülleri bile bulundu ve bunları organizmanın başka bir yaşam biçimi yerine bir hayvan olduğunu doğrulamak için kullandı.

Çalışmada yer almayan Royal Ontario Müzesinde paleontolog David Evans “Bu araştırma hala başlangıç aşamasında, ancak verilere girer ve fosillerde moleküler koruma hakkındaki fikirlerimizi test etmeye ve iyileştirmeye devam edersek olasılıklar kesinlikle heyecan verici.” diyor.

Şok Edici Hücreler

Paleontolog Jack Horner’ın 1980’lerde Montana’nın çorak topraklarında fosilleşmiş dinozor hücrelerinin tespit etme şansı, birkaç yavru Hypacrosaurus stebingeri’nin kemiklerini içeren bir yer keşfettiğinde başladı. Horner yavruların uzuv kemiklerini inceledi, ancak kalıntıların arasında bazı Hypacrosaurus kafatasları da buldu. Kafataslarının iç yapısını görmek için Horner ve meslektaşları bir kısmını reçineye gömdüler ve daha sonra saç tellerinden biraz daha kalın bölümlere ayırdılar.

Dinozor kafatasının birazıyla oluşan parçalar, Bailleul’a kadar (Müzede bir doktora öğrencisi) yirmi yılı aşkın bir süredir Rockies Müzesi’ndeki  belirsizliğin yerini aldı. Bailleul, kafataslarını bir arada tutan küçük eklemleri ve sütürleri(Kafa kemiklerinin dikişe benzeyen ekyerleri) 2010’da incelemek için çıkardı. Mikroskobunun altında ince bölümlere bakarken, Bailleul bir yuvanın supraoksipital (kafaüstü arkasındaki kemiğinde), kafatasının arkasını oluşturan küçük dairesel konfigürasyonları fark etti.

Dairesel yapılar hücrelere benziyordu ve Bailleul çoğunun, içinde çekirdeklere benzeyen daha küçük, daha koyu lekelere sahip olduğunu fark etti. Hatta bazıları Bailleul’a kromozomları hatırlatan karmaşık spiraller içeriyordu.

“Biraz korktum. Mikroskoptan uzaklaşıp düşünüyor, mikroskoba geri dönüyordum. Tanrım, bu olamaz, böyle olabilecek başka bir şey yok!” diyordum.

Bailleul gördüğü şeyden o kadar şaşkına döndü ki, onu birkaç gün boyunca kendine sakladı ama Horner’ın eski doktora öğrecilerinden Kuzey Carolina Eyalet Üniversitesinde paleontolog Mary Schweitzer müzeyi ziyaret etti. Moleküler paleontolojide öncü olan Schweitzer, daha önce dinozor fosillerinin hücreleri ve hatta tartışmalı olarak orijinal proteinlerinin izlerini koruyabildiğine dair kanıtlar yayınlamıştı.

Schweitzer fosillere baktı ve Bailleul’un olağanüstü bir şey bulduğunu kabul etti. Sonraki on yıl boyunca Bailleul, Horner, Schweitzer ve meslektaşlarıyla birlikte fosilleri incelemek için çalıştı ve çabalarını uzun vadeli bir yan proje olarak gördü. 2014 yılında, bir İsveçli grup 180 milyon yıllık fosilleşmiş çekirdek ve kromozomlu bir eğrelti bulduğunu açıkladığında ekipte beklenmedik bir güven artışı oldu. “O eğreltiotu kağıdı çıktığında vay be, tamam, deli değiliz diye düşündüm” diyor Bailleul.

Hücresel yapıları inceledikten sonra ekip fosillerin nelerden oluştuğunu daha iyi anlamak istedi. Bailleul, Kuzey Karolina, Raleigh’de Schweitzer’in laboratuvarını ziyaret etti ve çalışmalarını tekrar gözden geçirmek için taze devekuşu doku örnekleri (kontaminasyonu önlemek için farklı bir laboratuvarda) getirdi.

İlk olarak, araştırmacılar kıkırdağa bağlanan fosillere kimyasal boyalar uyguladılar, bu da takımın şüphelendiği gibi dinozor kafatasının gelişmekte olan parçalarının hayvanlar öldüğünde henüz kemiğe dönüşmediğini gösterdi. Bailleul ve Schweitzer daha sonra bazı fosil hücrelerini izole etti ve taze DNA’yı görebilmek için tıbbi araştırmalarda yaygın olarak kullanılan iki kimyasal leke olan propidyum iyodür ve DAPI uyguladı. Şaşırtıcı olmayan bir şekilde devekuşu hücreleri lekeleri daha iyi çekti ama aynı zamanda lekeler belirli noktalara içindeki fosilleşmiş dinozor hücreleriyle yapıştı.

Schweitzer “Onu DNA olarak adlandırmak bile istemiyorum çünkü tedbirliyim ve sonuçları abartmak istemiyorum” diyor. “Bu hücrelerde DNA ile kimyasal olarak uyumlu ve DNA gibi tepki veren bir şey var.”

DNA nasıl fosilleşir?

Bu dinozor fosillerinde bozulmamış DNA varsa bilim insanlarının molekülün sağlamlığını yeniden değerlendirmeleri gerekebilir. Geçmiş çalışmalar, genetik materyalin birkaç milyon yıl sonra kemiklerde parçalandığını gösteriyor. Şimdiye kadar dizilen en eski tamamlanmış genom, Sibirya’da bulunan ve ölümünden beri donmuş toprakta bulunan 700.000 yıllık bir at kemiğinden geliyor ve Hypacrosaurus kemikleri yaklaşık yüz kat daha yaşlı.

Kemikler normalde son derece gözeneklidir, bu da onları ölüm sonrasında mükemmel olmayan zaman kapsülleri haline getirir. Schweitzer, ”Korunmuş dinozor hücreleri muhtemelen gözenekleri olmayan kıkırdak içine gömülmüşler” diyor. Kıkırdağın yapısı, içindeki hücreleri ve kimyasal bileşenlerini daha etkili bir şekilde korumuş olabilir.

Evans, “Fosilleşmiş ve kireçlenmiş kıkırdak, istisna olarak diğer fosillerdeki korunmuş biyomolekülleri aramak için ideal bir yer olabilir çünkü bu doku kemiğe göre kontaminasyon ve içten çürümeye daha az eğilimli olabilir.” “Kireçlenmiş kıkırdakta, hücreler kalıplarında hapsolur ve izole edilir. Muhafazalı bir mikro ortamda korunma olasılığı daha yüksektir.”

Kıkırdağın korunmasına rağmen kimyasal lekeler fosillerdeki değişmemiş DNA’ya bağlanmayabilir. Bailleul ve Schweitzer, DNA varsa, tek bir DNA zincirinin farklı kısımlarında ekstra kimyasal bağların oluşumu nedeniyle geride kalabileceğini söylüyor. Canlılarda, çapraz bağlanma adı verilen bu tür reaksiyonlar çok zehirlidir, bazı antikanser ilaçlar tümör DNA’sında bu bağları indükler. Ancak fosilleşme sırasında bağlar DNA’yı uzun vadede stabilize etmeye yardımcı olabilir.

Biyomoleküllerin nasıl fosilleştiği konusunda uzmanlaşmış Yale’de doktora öğrencisi Jasmina Wiemann, DNA ve proteinler arasındaki çapraz bağlamanın fosilleşmeye de yardımcı olabileceğini söylüyor. Geçmişte yapılan çalışmalar DNA ve histonların(genetik materyal için makara görevi gören proteinler) birbirine bağlanabileceğini göstermiştir. Fikri doğrulamak için daha fazla kimyasal analize ihtiyaç duyulduğunu ekliyor.

Dinozor hücreleri değiştirilmemiş DNA’yı koruyorsa ki bu önemli bir durum, kimyasal lekeler bize DNA ipliklerinin en az altı baz çifti (DNA’nın merdiven benzeri yapısının özgün “basamakları”) içerdiğini söyler. Lekeler sadece minimum bir uzunluk sağlarken, kısa olan parçacıklar muhtemelen DNA dizilimi için yararlı olmaz.

Paleogenomikçi Beth Shapiro, Antik DNA araştırmacılarının 30 baz çiftinden daha kısa parçaları göz ardı ettiklerini söylüyor çünkü küçük olan genetik materyal parçaları, bir genom içine doğru bir şekilde yerleştirilmek için yeterli bilgi içermiyor. Küçük bir DNA genini tam bir genom içine yerleştirmek sadece “balina” kelimesini içerdiğini bilerek Moby Dick romanında belirli bir cümle bulmaya çalışmak gibidir.

Ancak dizilenemeyen fosil DNA’sı hala yararlı olabilir. Wiemann ve diğerleri son derece değiştirilmiş fosil proteinlerinin bile bir hayvanın metabolik hızı gibi değerli bilgileri koruyabildiğini ve aynı şeyin DNA kalıntıları için de geçerli olabileceğini göstermiştir.

Dinozor kafatasının bu parçalarında tam olarak ne olduğunu kesin olarak belirlemek için daha fazla kimyasal analiz gerekiyor ancak Bailleul gelecekte bilim insanlarının DNA’nın nasıl fosilleşebileceğini ve bu korunmuş parçaların hangi genetik bilgileri içerebileceğini tam olarak anlayacağını umuyor.

“Eğer orada bırakıp hiçbir şey yapmamış olsaydık çılgın bilim insanları olurduk” diyor Bailleul. “Bunun ön çalışma olduğunu biliyorum ama kimse bir şeyle başlamazsa, asla bir yere gidemez.”

Makale: Bailleul, A. M., Zheng, W., Horner, J. R., Hall, B. K., Holliday, C. M., & Schweitzer, M. H. (2020). Evidence of proteins, chromosomes and chemical markers of DNA in exceptionally preserved dinosaur cartilage. National Science Review.