Ślady hormonów płciowych wyekstrahowanych z kła mamuta włochatego dostarczają pierwszego bezpośredniego dowodu na to, że dorosłe samce doświadczyły moszczu, napędzanego testosteronem epizodu wzmożonej agresji wobec rywalizujących samców, zgodnie z nowym badaniem prowadzonym przez University of Michigan.
U samców słoni podwyższony poziom testosteronu podczas moszczu był wcześniej rozpoznawany na podstawie badań krwi i moczu. Bitwy muszli u wymarłych krewnych współczesnych słoni wywnioskowano na podstawie urazów szkieletu, złamanych końcówek kłów i innych pośrednich dowodów.
Ale nowe badanie, którego publikacja online zaplanowana jest na 3 maja w czasopiśmie Nature, jest pierwszym, które pokazuje, że poziomy testosteronu są rejestrowane w warstwach wzrostu kłów mamuta i słonia.
Naukowcy z UM i ich międzynarodowi koledzy zgłaszają coroczne powtarzające się skoki poziomu testosteronu – do 10 razy wyższe niż poziom wyjściowy – w zachowanym w wiecznej zmarzlinie kieł mamuta włochatego z Syberii. Dorosły samiec mamuta żył ponad 33 000 lat temu.
Zdaniem autorów badania skoki testosteronu obserwowane w kłach mamuta są zgodne z pikami testosteronu związanymi z musztardą, które naukowcy zaobserwowali u kła słonia afrykańskiego. Słowo „muszę” pochodzi od hindi i urdu i oznacza odurzony.
„Czasowe wzorce testosteronu zachowane w skamieniałych kłach pokazują, że podobnie jak współczesne słonie, dojrzałe mamuty buhajowe doświadczyły moszczu” – powiedział główny autor badań, Michael Cherney, pracownik naukowy w Muzeum Paleontologii UM i pracownik naukowy w Szkole Medycznej UM.
Badanie pokazuje, że zarówno współczesne, jak i starożytne kły zawierają ślady testosteronu i innych hormonów steroidowych. Te związki chemiczne są wbudowane w zębinę, zmineralizowaną tkankę, która tworzy wewnętrzną część wszystkich zębów (kły są wydłużonymi siekaczami górnymi).
„To badanie pokazuje, że zębina jest użytecznym magazynem niektórych hormonów i przygotowuje grunt pod dalsze postępy w rozwijającej się dziedzinie paleoendokrynologii” – powiedział Cherney. „Oprócz szerokich zastosowań w zoologii i paleontologii, zapisy hormonów zębów mogą wspierać badania medyczne, kryminalistyczne i archeologiczne”.
Hormony to cząsteczki sygnałowe, które pomagają regulować fizjologię i zachowanie. Testosteron jest głównym hormonem płciowym u samców kręgowców i należy do steroidowej grupy hormonów. Krąży w krwioobiegu i gromadzi się w różnych tkankach.
Naukowcy już wcześniej analizowali hormony steroidowe obecne we włosach, paznokciach, kościach i zębach ludzi i zwierząt, zarówno w kontekstach współczesnych, jak i starożytnych. Ale znaczenie i wartość takich zapisów hormonalnych były przedmiotem ciągłej analizy i debaty.
Autorzy nowego badania Nature twierdzą, że ich odkrycia powinny pomóc to zmienić, wykazując, że zapis sterydów w zębach może dostarczyć znaczących informacji biologicznych, które czasami utrzymują się przez tysiące lat.
„Kły są szczególnie obiecujące dla rekonstrukcji aspektów historii życia mamutów, ponieważ zachowują zapis wzrostu warstw zębiny, które tworzą się przez całe życie jednostki” – powiedział współautor badania Daniel Fisher, kurator w Muzeum Paleontologii UM i profesor w Katedra Nauk o Ziemi i Środowisku.
„Ponieważ moszcz jest powiązany z dramatycznie podwyższonym testosteronem u współczesnych słoni, stanowi punkt wyjścia do oceny wykonalności wykorzystania hormonów zachowanych w zapisach wzrostu kłów w celu zbadania czasowych zmian w fizjologii wydzielania wewnętrznego” – powiedział Fisher, który jest także profesorem w UM Katedra Ekologii i Biologii Ewolucyjnej.
Do badań naukowcy pobrali próbki kłów jednego dorosłego słonia afrykańskiego i dwóch dorosłych mamutów włochatych – samca i samicy – z Syberii. Próbki zostały pozyskane zgodnie z obowiązującymi przepisami prawa i odpowiednimi zezwoleniami.
Naukowcy wykorzystali tomografię komputerową do zidentyfikowania rocznych przyrostów wzrostu w obrębie kłów. Maleńkie wiertło, obsługiwane pod mikroskopem i przesuwane po bloku zębiny za pomocą sterowanych komputerowo silników krokowych, zostało użyte do szlifowania przylegających do siebie próbek o szerokości pół milimetra, reprezentujących w przybliżeniu miesięczne odstępy wzrostu zębiny.
Proszek wytworzony podczas tego procesu mielenia zebrano i poddano analizie chemicznej.
Badanie wymagało nowych metod, opracowanych w laboratorium endokrynologa UM i współautora badania, Richa Auchusa, do ekstrakcji steroidów z zębiny kłów do pomiaru za pomocą spektrometru masowego, instrumentu, który identyfikuje substancje chemiczne poprzez sortowanie jonów według ich masy i ładunku.
„Opracowaliśmy metody spektrometrii mas sterydów dla próbek ludzkiej krwi i śliny i szeroko stosowaliśmy je w badaniach klinicznych. Ale nigdy za milion lat nie wyobrażałem sobie, że użyjemy tych technik do badania„ paleoendokrynologii ”- powiedział Auchus, profesor chorób wewnętrznych i farmakologii w Szkole Medycznej UM.
„Musieliśmy trochę zmodyfikować tę metodę, ponieważ te proszki z kłów były najbrudniejszymi próbkami, jakie kiedykolwiek analizowaliśmy. Kiedy Mike (Cherney) pokazał mi dane z kłów słonia, byłem oszołomiony. Potem zobaczyliśmy te same wzory u mamuta – – Wow!”
Uważa się, że słoń afrykański miał od 30 do 40 lat, kiedy został zabity przez myśliwego w Botswanie w 1963 roku. Według szacunków opartych na warstwach wzrostu w kłach, samiec mamuta włochatego dożył około 55 lat. Jego prawy kieł został odkryty przez firmę wydobywającą diamenty na Syberii w 2007 roku. Datowanie radiowęglowe ujawniło, że zwierzę żyło od 33 291 do 38 866 lat temu.
Kieł samicy mamuta włochatego odkryto na Wyspie Wrangla, która była połączona z północno-wschodnią Syberią w okresach lodowcowych na niższym poziomie morza, ale obecnie jest od niej oddzielona Oceanem Arktycznym. Datowanie węglem wykazało wiek od 5597 do 5885 lat wcześniej. (Wyspa Wrangla to ostatnie znane miejsce, w którym przetrwały mamuty włochate, aż do około 4000 lat temu).
W przeciwieństwie do kłów samców, poziom testosteronu u samicy mamuta włochatego wykazywał niewielkie zmiany w czasie – zgodnie z oczekiwaniami – a średni poziom testosteronu był niższy niż najniższe wartości w zapisach kłów samca mamuta.
„Dzięki wiarygodnym wynikom niektórych sterydów z próbek tak małych, jak 5 mg zębiny, metody te można wykorzystać do badania zapisów organizmów z mniejszymi zębami, w tym ludzi i innych hominidów” – napisali autorzy. „Zapisy endokrynologiczne we współczesnej i starożytnej zębinie zapewniają nowe podejście do badania ekologii reprodukcyjnej, historii życia, dynamiki populacji, chorób i zachowań we współczesnych i prehistorycznych kontekstach”.
Oprócz Cherneya, Fishera i Auchusa autorami badania Nature są Adam Rountrey i Scott Beld z Muzeum Paleontologii UM; Perrin Selcer z Wydziału Historii UM i Programu w Środowisku; Ethan Shirley z Muzeum Paleontologii UM i Wydziału Nauk o Ziemi i Środowisku; Bernard Buigues z Mammuthus we Francji; Dick Mol z Muzeum Historii Naturalnej w Rotterdamie, Holandia; Giennadij Boeskorow z Oddziału Syberyjskiego Rosyjskiej Akademii Nauk; Sergey Vartanyan z Dalekowschodniego Oddziału Rosyjskiej Akademii Nauk; oraz Aleksiej Tichonow z Rosyjskiej Akademii Nauk i Północno-Wschodniego Uniwersytetu Federalnego w Jakucku w Rosji.
Próbki kłów zostały przeskanowane CT przy użyciu laboratoriów w UM School of Dentistry, Ford Motor Co., UM Department of Earth and Environmental Sciences oraz UM Orthopaedic Research Laboratories. Badanie otrzymało wsparcie z programu funduszy zalążkowych UM na innowacyjną współpracę międzywydziałową, Mcubed 3.0.
„To jeden z powodów, dla których każdego ranka przychodzimy do pracy na University of Michigan: aby dokonywać odkryć, które pozwalają nam patrzeć na świat w nowy sposób” – powiedział współautor Selcer. „Projekt pokazuje, jak ważna jest zarówno współpraca między szkołami – dzięki Mcubed 3.0 – jak i infrastruktura instrumentacyjna uniwersytetu”.