تحديد جنس الديناصورات: علماء الحفريات يبحثون عن الهرمونات المتحجرة

كيف يمكنك معرفة ما إذا كان الديناصور أنثى أم ذكر؟ إنه أحد الجوانب الأساسية لعلم الأحياء، ومع ذلك، في معظم الأحيان، لا يزال يمثل لغزًا في علم الحفريات. نحن لا نعرف حتى الآن جنس معظم الأنواع المنقرضة، حتى لو كانت تلك المعروضة في المتحف تحمل أسماء خاصة بالجنس مثل مقاضاة T.rex أو كليف ترايسيراتوبس. ولكن في أكتوبر الماضي، في الاجتماع السنوي لجمعية علماء الحفريات الفقارية، قدم أحد العلماء نظرة ثاقبة للعمل الذي يقوم به هو وفريقه للكشف عن الهرمونات في العظام الأحفورية. تشير نتائجهم الأولية إلى أن كميات ضئيلة من الهرمونات الجنسية قد تنجو بالفعل من عملية التحجر. إذا كان الأمر كذلك، فقد يغير هذا قواعد اللعبة، ويقدم رؤية هائلة للحيوانات القديمة وتطورها على هذا الكوكب.

قدم إيفان سايتا هذا العمل خلال جلسة ملصقات نائب الرئيس الأول. وهو حاليًا عالم حفريات ما بعد الدكتوراه في جامعة شيكاغو، وهو يفكر في إمكانية الكشف عن الهرمونات الأحفورية منذ عام 2018، عندما قرأ عددًا من الأوراق البحثية التي وجدت الكولسترول في الحفريات، وبعضها يعود تاريخه إلى قبل 720 مليون سنة. وأشار إلى أن الكوليسترول هو “نوع آخر من الستيرويد”، و”يتم تصنيع الهرمونات الجنسية حيويًا من الكوليسترول”.

وبعبارة أخرى، يقوم الجسم بإنتاج هرمونات مثل هرمون الاستروجين والتستوستيرون عن طريق تعديل جزيئات الكوليسترول الموجودة. ولذلك أوضح سايتا أن “هذه الهرمونات لها بنية أساسية مماثلة” للكوليسترول. وهذا الهيكل مستقر، مما يجعل الكولسترول أكثر ملاءمة للبقاء على قيد الحياة لملايين السنين من الضغط الجيولوجي. وقد دفع هذا سايتا إلى التساؤل عما إذا كانت الهرمونات مثل هرمون الاستروجين والتستوستيرون يمكن أن تبقى على قيد الحياة أيضًا، حتى لو في شكل متغير.

وقال: “يوجد الكوليسترول في كل غشاء خلية في الجسم، في حين أن هذه الهرمونات تكون بتركيزات أقل بكثير”. “إنها تتركز ويتم إنتاجها في الغدد التناسلية، والتي لا تتحجر. يسافرون عبر مجرى الدم الذي لا يتحجر. ولذا فإن أملك هو أنه عندما يموت كائن حي، يكون هناك ما يكفي من الهرمون المتبقي في العظام بحيث يمكنك اكتشافه.

لكن أولاً، كان عليه هو وفريقه أن يفهموا ما كانوا يبحثون عنه. لذلك قاموا بوضع هرمون الاستروجين النقي، على شكل استراديول، وهو مستخلص مسحوق، من خلال تجارب مصممة لمحاكاة عملية التحجر. وقد مكنتهم تجارب النضج الاصطناعي هذه من تكرار الحرارة والضغط الذي يحدث على مدى ملايين السنين بشكل غير كامل.

قال سايتا في مقابلة عبر الهاتف: “عندما تقوم بتسخين نظام ما، يمكن أن تحدث التفاعلات الكيميائية بسرعة أكبر، وهذا هو نوع الخدعة التي ستتبعها: أنت تستخدم الحرارة ليس فقط لمحاكاة بعض العناصر بشكل مباشر من الحرارة الأرضية عندما يتم دفن (الأحفورة) تحت الأرض، ولكن أيضًا لحساب الوقت.

لقد نجا الإستراديول من تجربة النضج الاصطناعي، مما يعني أنه من الناحية النظرية قد ينجو من عملية التحجر. إن إخضاعهم للتحليل اللوني للغاز – قياس الطيف الكتلي – وهي عملية تفصل الجزيئات عن الخلائط المعقدة – أعطاهم خريطة طريق: طريقة لمقارنة “بصمات” الإستروجين المحتملة في العظام وفهم كيف ومتى يجب أن تظهر تلك البصمة في تلك العملية.

وبدلاً من القفز مباشرة إلى الحفريات، اختبر الفريق عظام الحيوانات الموجودة، بما في ذلك الصقر والإوزة. لقد وجدوا نفس بصمة الإستروجين. ذهب سايتا خطوة أبعد واختبر عظم الإوزة المحاط بالطين. هل تتسرب الهرمونات من العظام إلى الرواسب المحيطة بها؟ وفي هذه الحالة، لم يفعلوا ذلك، وهو اكتشاف له آثار على الأبحاث الحفرية المستقبلية.

ومع أمثلة من الإستروجين النقي والعظام الحديثة، انتقل الفريق إلى الحفريات. لم يتم العثور على هذه في التكوينات المعروفة بالحفظ الاستثنائي. لقد كانت مجرد قطع مختلفة من العظام من ديناصورات مختلفة، معروفة وغير معروفة في وقت التجارب. وكانت النتائج مختلطة. واقترح أربعة منهم كميات ضئيلة من هرمون الاستروجين. أربعة ليس لديهم شيء. وكان أحدهم غير مؤكد.

بالنسبة لسايتا، فإن آثار الهرمونات المحتملة في الحفريات ليست بنفس أهمية نتائج التجارب نفسها. وقال: “هذا العمل مثير، وهو دليل على المفهوم، أكثر من أي شيء آخر”، لأنه يشير إلى أن الهرمونات قد تنجو من التحجر ويمكن اكتشافها.

“نحن نعلم أن هرمون الاستروجين مستقر. نحن نعلم أنه يمكنك اكتشافه في العظام وليس فقط في الغدد التناسلية أو الدم. “ونحن نعلم أنه إذا قمت بطهيه بالضغط، إما كمستخلص منقى بحد ذاته أو كهرمون متبقي داخل العظام، فيمكنك اكتشافه ويمكنك اكتشافه بشكل منفصل عن البيئة المحيطة. كل هذا، في اعتقادي، هو النتيجة الرئيسية.

ولم تشارك ياسمينا وايمان، التي تعمل أيضًا في جامعة شيكاغو، في هذا البحث. وهي عالمة جغرافية جزيئية وفلكية وبيولوجية قديمة وزميلة في معهد أجورون في المتحف الميداني للتاريخ الطبيعي. وفي رسالة بالبريد الإلكتروني إلى جيزمودو، أشارت إلى أن “المؤلفين يعالجون هنا مسألة لم يتم التحقيق فيها بدقة في الماضي”.

لكنها كتبت أيضًا أنه “قد يكون من الصعب جدًا اكتشاف آثار الجزيئات الحيوية التي ظهرت في الأصل بتركيزات عالية جدًا بشكل موثوق”. وتشير إلى الهيم، “مركب البورفيرين المسؤول عن اللون الأحمر للدم: الهيم هو جزيء صغير وثابت للغاية يرتبط ببروتين في دم الفقاريات. على الرغم من وفرة الهيم في العظام الوعائية للفقاريات الحية، فقد ثبت أن اكتشاف آثار الهيم من العظام الأحفورية يمثل تحديًا كبيرًا، كما أن الكميات المحفوظة بالكاد تتجاوز حدود الكشف. يتم توزيع الهرمونات الجنسية عبر مجرى الدم، ولكنها تحدث بنسبة تقارب المليار من تركيز الهيم.

وأضافت أن “محاولة استخلاص مركبات مستقرة كيميائيا، ولكنها تحدث بتركيزات منخفضة للغاية في السوائل التي لا تترك آثارا أحفورية، من مصفوفة العظام المجاورة، تفتح السؤال التالي: بالنظر إلى أن السوائل التحويرية تترشح عبر العظام أثناء عملية التحجر” ما هي احتمالية بقاء كمية يمكن اكتشافها من آثار هرمون الاستروجين على مدى ملايين السنين؟

يوافق سايتا على أن اكتشاف الهيم يمثل تحديًا، لكنه يشير إلى أن “البورفيرينات تواجه أيضًا تحديًا إضافيًا (لا تواجهه الهرمونات): يمكنها أيضًا استخلاصها من مصادر خارجية/بيئية وفيرة، مثل الطحالب الموجودة في الماء الذي تترسب فيه أحفورة الجسم”.

وقال إنه فيما يتعلق بالسوائل التحويرية – وهو مصطلح يشير إلى الماء داخل الرواسب وكيف يؤثر السائل على الرواسب مع مرور الوقت – “فهذه بالتأكيد عقبة يجب التغلب عليها”، مشيرًا إلى أن “هذه الجزيئات ليست قابلة للذوبان بدرجة كبيرة في الماء. نحن نعلم أن المنشطات مثل الكوليسترول يمكن أن تبقى في العظام دون خسارة كاملة في المصفوفة على مدى ملايين السنين، لذلك من المرجح أن تفعل الهرمونات ذلك أيضًا.

ويشير إلى كمية العظام التي قام هو وزملاؤه بتحليلها (“ما يصل إلى 50 جرامًا في بعض الحالات”)، مشيرًا إلى أن “إحدى طرق البحث عن الجزيئات منخفضة التركيز هي أن تكون على استعداد لتدمير قطع كبيرة من الحفريات!”

لكنه يؤكد أنه “يبدو أنه من الممكن اكتشاف هرمون الاستروجين في العظام الجافة قبل النضج وبعده”، مشيرًا إلى اكتشاف هرمون الاستروجين في تجارب النضج الاصطناعي لعظام البط والأوز.

هولي لاتا هي المؤلفة الثانية لهذا العمل الحالي وهي كيميائية عضوية. لقد أجرت التجارب على جميع العظام التي عمل عليها الفريق حتى الآن. وكتبت في رسالة بالبريد الإلكتروني: “من الواضح أنه يتعين القيام بالمزيد من العمل لتأكيد النتائج والمدى الكامل لما تعنيه”. “لكن الوعد بهذه النتائج مثير بشكل لا يصدق.”

قد يتساءل المرء عما إذا كان غياب هرمون الاستروجين في نتائجهم يمكن أن يشير إلى أن العظم الذي تم اختباره جاء من ذكر. وأوضح سايتا أن كلا من الإناث والذكور يحتويان على كل من هرمون الاستروجين والتستوستيرون. ومفتاح تمييز جنس على آخر هو الكميات الموجودة فيه. وقال إنه إذا كان من الممكن اكتشاف هرمون الاستروجين في الحفرية على الإطلاق، فقد يشير ذلك إلى مستويات عالية من هرمون الاستروجين، وبالتالي يشير إلى أنثى.

وسيشمل جزء من عملهم المستقبلي أيضًا اختبار هرمون التستوستيرون، إلى جانب اختبار أحجام عينات أكبر بكثير واختبار الحفريات من التكوينات المعروفة بحفظها بشكل أفضل.

وافق وايمان على ذلك قائلًا: “على الرغم من أن السؤال مثير للغاية، إلا أن هناك الكثير من العمل الأساسي الذي يتعين على علماء الأحياء وعلماء الحفريات وعلماء الكيمياء الجيولوجية القيام به: نحتاج أولاً إلى معرفة ما إذا كان الإستروجين يمكنه بالفعل أن يتحول إلى حفريات. وإذا نجحنا في العثور على آثار للإستروجين، فنحن بحاجة إلى فهم العوامل التي تسبب الاختلافات في الكميات المحفوظة (إعدادات الترسيب المختلفة، والأنسجة المختلفة، والأصناف المختلفة، وما إلى ذلك)”.

لكن سايتا يعتقد أن السؤال هو: “هل يمكن اكتشافه بشكل موثوق عند تركيزات منخفضة؟” تشير جميع الأدلة والمنطق إلى أنها قادرة على التحول إلى أحفورة. واعترف بأن «تركيزات الهرمونات منخفضة للغاية، ولكن التوقع المعقول هو أن أجهزة قياس الطيف الكتلي سوف تتحسن بمرور الوقت وستنخفض حدود الكشف. وعلى هذا النحو، أرى فقط الإمكانية المستقبلية لدراسة الهرمونات القديمة.

قال سايتا: “هذه الهرمونات هي العوامل الدافعة للتطور الجنسي ومثنوية الشكل الجنسي”. إن إثبات ثبات الهرمونات في تجاربهم وإمكانية اكتشاف العناصر النزرة من هذه الهرمونات في الحفريات مع توقع بقاء القليل من المواد العضوية، إن وجدت، “أمر مشجع للغاية”. إنك تحصل حقًا على الدوافع المباشرة للتطور الجنسي من خلال البحث عن الهرمونات نفسها.