Drony i sztuczna inteligencja odnajdują szczątki dinozaurów
Dzięki charakterystycznie ubarwionym porostom łatwiej wykrywać z drona kości dinozaurów – informuje pismo „Current Biology”.
Kości dinozaurów odkryte dzięki Al
.Podczas badań na terenie UNESCO World Heritage Site Dinosaur Provincial Park (prowincja Alberta, Kanada) międzynarodowy zespół paleontologów i naukowców zajmujących się teledetekcją dokonał nietypowego odkrycia. Jak się okazało, niektóre gatunki jaskrawo pomarańczowych porostów szczególnie chętnie kolonizują odsłonięte kości dinozaurów, tworząc charakterystyczne sygnatury spektralne, które można wykryć z wysokości 30 metrów za pomocą dronów.
– Te badania podkreślają, jak współczesne organizmy mogą pomóc nam w odnajdywaniu starożytnych – wskazał dr Brian Pickles z University of Reading (Wielka Brytania), główny autor artykułu. -To niezwykłe, że te porosty, w zasadzie miniaturowe ekosystemy, powstały na szczątkach dinozaurów, które wyginęły ponad 75 milionów lat temu. Wykorzystanie technologii dronów do wykrywania sygnatur widmowych porostów może potencjalnie zrewolucjonizować sposób, w jaki paleontolodzy poszukują skamieniałości – dodał badacz.
Zespół odkrył, że dwa gatunki porostów – złotorost pyszny (Rusavskia elegans) oraz Xanthomendoza trachyphylla – skolonizowały aż 50 proc. odsłoniętych skamieniałych kości, ale mniej niż 1 proc. otaczających je fragmentów skał. Najprawdopodobniej porowate, wapienne podłoże o zasadowym odczynie, jakim są skamieniałe kości, zapewnia porostom optymalne warunki rozwoju.
– Ten wzór porostów preferencyjnie rosnących na skamieniałych kościach był obserwowany od dziesięcioleci, ale nigdy dotąd nie został poddany ocenie ilościowej. Napotykając po raz pierwszy duże skupiska odsłoniętych skamieniałych kości często najpierw zauważa się „łąkę” pomarańczowych porostów, a nie same kości – powiedział dr Caleb Brown z Royal Tyrrell Museum of Palaeontology (Kanada).
Badania paleontologiczne wzbogacane sztuczną inteligencją
.Wykorzystując drony ze specjalistycznymi czujnikami, zespół z powodzeniem zidentyfikował skamieniałości skolonizowane przez porosty – na podstawie zdjęć lotniczych o rozdzielczości 2,5 cm. Porosty wykazują charakterystyczne właściwości spektralne: niższy współczynnik odbicia w zakresie fal niebieskich i wyższy w zakresie podczerwieni.
Metoda ta może przynieść znaczące korzyści w badaniach paleontologicznych, szczególnie w odległych terenach, gdzie tradycyjne badania naziemne są utrudnione. Takie podejście może przyspieszyć odkrycia skamieniałości, jednocześnie zmniejszając koszty terenowe i wpływ na środowisko.
Badania opierają się na dziesięcioleciach anegdotycznych obserwacji paleontologów. W 1980 roku paleontolog Darren H. Tanke spekulował, że pomarańczowa pigmentacja porostów na kościach Centrosaurus może być wykrywalna przez satelity – prognoza ta wydaje się teraz bliższa niż kiedykolwiek wcześniej.
– Te badania z wykorzystaniem dronów stanowią podstawę do mapowania znacznie większych obszarów za pomocą samolotów i satelitów. Nowe wskaźniki porostów, które opracowaliśmy, pomogą nam znaleźć skamieniałości na rozległych obszarach. To połączenie naszej technologii obrazowania z wiedzą i doświadczeniem międzynarodowego zespołu, aby przyspieszyć odkrywanie dinozaurów poprzez teledetekcję porostów – podkreślił dr Derek Peddle, członek zespołu teledetekcyjnego z University of Lethbridge (Kanada).
Metoda sprawdza się dobrze w środowiskach półpustynnych, takich jak kanadyjskie Badlands, gdzie te gatunki porostów dobrze się rozwijają, a kości pozostają odsłonięte wystarczająco długo, aby umożliwić kolonizację.
Nagroda Nobla dla twórcy paleogenomiki
.Niewielu współczesnych naukowców może się pochwalić odkryciem nowego gatunku człowieka, opisaniem sekwencji jego genomu na podstawie kilku fragmentów kostnych znalezionych w jaskiniowych osadach oraz wykazaniem u ludzi współczesnych domieszki sekwencji genetycznej wymarłych gatunków człowieka – pisze prof. Marek SANAK
Svante Pääbo urodził się w Sztokholmie w 1955 roku, nosi nazwisko matki, estońskiej chemiczki Karin Pääbo. Ojcem Svante był Sune Bergström, zmarły w 2004 roku laureat Nagrody Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny. Wraz z Bengtem Samuelssonem i Johnem Vane’em Sune Bergström otrzymał Nagrodę Nobla w 1982 roku za odkrycia biosyntezy prostaglandyn i innych pokrewnych mediatorów biologicznych. Pääbo studiował na Uniwersytecie Uppsali, początkowo nauki humanistyczne, następnie egiptologię i medycynę. Pracę doktorską obronił na Wydziale Badań Komórkowych Uniwersytetu w Uppsali z immunologii zakażenia adenowirusem.
Po doktoracie od 1986 roku pracował w Instytucie Biologii Molekularnej Uniwersytetu w Zurichu, a następnie na Wydziale Biochemii Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley. Prowadził tam pod kierunkiem Allana Wilsona badania biochemiczne i molekularne nad ewolucją gatunków. W tym czasie Wilson, na podstawie badania wariantów mitochondrialnego DNA człowieka, zaproponował teorię afrykańskiego pochodzenia gatunku ludzkiego, znaną jako „Pożegnanie z Afryką”.
Pääbo wrócił do Europy w 1990 roku, by prowadzić Zakład Biologii Uniwersytetu Ludwika Maksymiliana w Monachium. W roku 1997 przeniósł się do Lipska, gdzie kieruje Zakładem Genetyki Instytutu Ewolucyjnej Antropologii Instytutu Maxa Plancka. Pierwsza głośna publikacja Pääbo ukazała się jeszcze podczas jego studiów doktorskich. Jako nastolatek zwiedzał z matką Egipt i zafascynował się archeologią. Z egzemplarza egipskiej mumii, przechowywanej w kolekcji Muzeum Gustavianum w Uppsali, pobrał fragment skóry i wykazał obecność w nim jąder komórkowych warstwy ziarnistej naskórka, a następnie wyizolował i klonował fragmenty DNA zmarłego przed czterema tysiącami lat Egipcjanina. Praca ta ukazała się w czasopiśmie „Nature” w 1985 roku.
Pääbo odczytał sekwencję genomu mitochondrialnego Neandertalczyka w 1997 roku, również posługując się muzealnymi fragmentami kostnymi. Wykorzystując swoje oryginalne techniki pozwalające na oddzielenie genetycznego zanieczyszczenia pochodzenia bakteryjnego, stanowiącego ponad 99 proc. DNA izolowanego z archeologicznych artefaktów kostnych, przystąpił do analizy genomu jądrowego Neandertalczyka. Gram tkanki kostnej zawiera jedną milionową (mikrogram) DNA genomowego. W szczątkach kostnych wydobytych ze stanowisk archeologicznych ilość DNA jądrowego jest co najmniej 10 tysięcy razy mniejsza i jest mierzona w pikogramach. Takie DNA jest silnie pofragmentowane, średnia wielkość fragmentu nie przekracza 120 par nukleotydowych, podczas gdy długość pojedynczej cząsteczki DNA w jądrze komórki człowieka wynosi od 60 do 260 milionów par nukleotydowych. Dodatkowo DNA ulega uszkodzeniom chemicznym, powodującym chemiczną modyfikację nukleotydów, np. deaminację lub ich całkowitą utratę (depurynację).
Układając odczytane fragmenty DNA według sekwencji genomu człowieka współczesnego, Pääbo w 2010 roku opublikował genom jądrowy wymarłego gatunku Homo neanderthalensis. Badania porównawcze genów Neandertalczyka i Homo sapiens przyniosły wiele interesujących wniosków. Pääbo zaproponował, na podstawie analizy porównawczej, mechanizm ewolucyjnego rozwoju mowy u człowieka współczesnego. Polegał on na pozytywnej selekcji wariantu genu FOXP2. Jest to gen obecny u kręgowców, aktywowany w regionach mózgu odpowiedzialnych za pieśni ptaków śpiewających oraz echolokację u nietoperzy. Opisano rodzinny defekt tego genu, powodujący wrodzone zaburzenie mowy – słowną apraksję. Aminokwasowe warianty kodowanego przez ten gen czynnika transkrypcyjnego, białka wiążącego się z DNA i aktywującego wybrane geny, utrwaliły się w populacji współczesnego człowieka przed co najwyżej 200 tysiącami lat.
W toku dalszych badań porównawczych genomów człowieka Pääbo udokumentował kilkuprocentową domieszkę sekwencji genetycznej Neandertalczyka w genomie człowieka współczesnego. Do mieszania gatunków doszło po raz pierwszy na terenie Azji Mniejszej przed co najmniej 60 tysiącami lat. Badania szczątków kostnych znalezionych w jaskiniach Oase w Rumunii i Baczo Kiro w Bułgarii potwierdziły wielokrotne krzyżowanie się człowieka współczesnego z Neandertalczykiem 40–35 tysięcy lat temu. Według Pääbo wyginięcie Homo neanderthalensis nie było skutkiem dramatycznego podboju przez człowieka współczesnego czy też naturalnej zagłady. Zaszło prawdopodobnie wtopienie się – introgresja – tej nielicznej populacji w szybko zwiększającą się populację człowieka współczesnego.
Pääbo odkrył również nowy gatunek człowieka – Homo denisova. Nazwa pochodzi od Denisowej Jaskini w Ałtaju na Syberii. Odkrycie to zostało potwierdzone potem przez znaleziska z jaskini Vindija w Chorwacji oraz Jaskini Czagyrskiej w Ałtaju. Populacje Neandertalczyków i Denisowian oddzieliły się od siebie przed około 450 tysiącami lat, ale podobnie jak człowiek współczesny wywodzą się z Afryki. Denisowianie zamieszkiwali Azję; w genomach Azjatów również stwierdzono kilkuprocentową domieszkę sekwencji DNA Denisowian. Pääbo opisał genom Denisowian w 2012 roku.
Wśród porównawczych badań paleogenomowych prowadzonych przez Pääbo szczególnie interesujące są dwa przykłady. U ssaków adaptacja organizmu do ciąży jest pod kontrolą hormonu – progesteronu. Działa on na receptor, który jest również czynnikiem transkrypcyjnym. Porównanie sekwencji kodującej receptor dla progesteronu u człowieka współczesnego i sekwencji tego genu u ludzi z okresu późnego paleolitu i neolitu wskazuje na rozprzestrzenienie się 10–5 tysięcy lat temu w populacji ludzkiej wariantu białka z aminokwasem leucyną w pozycji 660, który wyparł oryginalny wariant z waliną. Wariant ten daje większe szanse urodzenia zdrowego dziecka, ponieważ kojarzy się z większą liczbą cząsteczek receptora. Jest interesujące, że ten sam wariant receptora progesteronowego (rs1042838) był obecny u Neandertalczyków. Pääbo uważa to za dowód pozytywnej selekcji fragmentu genomu po archaicznych krzyżówkach gatunku człowieka.
Innym przykładem jest występowanie we współczesnej populacji człowieka rzadkiego wariantu białka Nav1.7 pełniącego rolę błonowego kanału dla jonów sodu w szlakach nerwowych czucia bólu. Osoby dziedziczące taki wariant są bardziej wrażliwe na ból, stanowią jednak niewielki ułamek (0,4 proc.) współczesnej populacji. Wariant ten był powszechny u Neandertalczyków. Badania Pääbo są genetycznym argumentem przeciwko popularnemu wyobrażeniu Neandertalczyków jako prymitywnych jaskiniowców.
Pääbo jest bardzo aktywny naukowo w czasie pandemii COVID-19. Wykazał między innymi mechanizm selekcji regionu chromosomu 3 człowieka, który koreluje z dwukrotnie mniejszym ryzykiem zgonu na zespół ostrej niewydolności oddechowej w przebiegu tej choroby. W tym przypadku dziedziczona po Neandertalczykach sekwencja kodująca między innymi gen CCR5, znany z roli w podatności na zakażenie wirusem HIV, była tą predysponującą do ciężkiego przebiegu zakażenia koronawirusem. Inny region genomu człowieka, na chromosomie 12, również jest dziedziczony po Neandertalczykach. W ostatnich 10 tysiącach lat ten genomowy fragment zwiększył swoją częstość w populacji współczesnej, jest spotykany nawet u 50 proc. ludzi. W tym przypadku stwierdzono korelację jego obecności z ochronnym działaniem w przebiegu zakażeń wirusami RNA. W regionie chromosomu 12 znajdują się bowiem geny kodujące syntezy oligonukleotydowe (OAS1-3), hamujące replikację tych wirusów, co prawdopodobnie spowodowało pozytywną selekcję nosicieli jego neandertalskiego wariantu.
Svante Pääbo jest twórcą paleogenomiki, czyli genomiki archaicznej, jak sam lubi nazywać tę nową dyscyplinę. Jest ona oparta na genetyce i pojawiła się przed 30 laty jako jego autorski pomysł. Wśród wymienionych sukcesów paleogenomiki większość jest jego zasługą lub powstała przy jego udziale.
Niewielu współczesnych naukowców może się pochwalić odkryciem nowego gatunku człowieka, opisaniem sekwencji jego genomu na podstawie kilku fragmentów kostnych znalezionych w jaskiniowych osadach oraz wykazaniem domieszki sekwencji genetycznej wymarłych gatunków człowieka u ludzi współczesnych. Pääbo dzięki wykształceniu medycznemu sięga poza opisowe interpretacje swoich odkryć genetycznych. Jego koncepcja naukowa, w myśl teorii ewolucji, zakłada ciągłość gatunku ludzkiego sięgającą daleko wstecz. Wyniki badań Pääbo dokumentują, że człowiek współczesny w zakresie rozwoju mowy, rozrodu i podatności na zakażenia nosi piętno wymarłych przodków.
Tekst dostępny na łamach Wszystko co Najważniejsze: https://wszystkoconajwazniejsze.pl/prof-marek-sanak-nagroda-nobla-dla-tworcy-paleogenomiki
PAP/ Paweł Wernicki/ LW
