– Badając szczątki gadów żyjących w środkowym triasie, natknąłem się na tajemnicze, cienkie, nitkowate, brunatne struktury. Wnikliwa analiza materiału oraz porównanie wyników z dostępnymi w literaturze naukowej pozwoliły zidentyfikować je jako skamieniałe naczynia krwionośne. Zawierały one fragmenty białek, które za życia zwierzęcia budowały ściany tych naczyń – mówi mgr Dawid Surmik, geolog, badacz morskich i lądowych gadów środkowego triasu. Mające niemalże 250 mln lat skamieniałe naczynia krwionośne zawierające materiał białkowy to obecnie najstarszy zidentyfikowany materiał tego typu na świecie. Warto również podkreślić, że został zebrany w Polsce, w opolskim Gogolinie i w Miasteczku Śląskim.

Mgr Dawid Surmik na tle modeli notozaurów i rekonstrukcji środowiska triasu środkowego w Ośrodku Edukacji Ekologiczno- -Geologicznej GEOsfera w Jaworznie

Dawno, dawno temu...

Zapytany, czy miał w dzieciństwie kolekcję modeli dinozaurów, mgr Dawid Surmik twierdząco kiwa głową.

– Pewnie, że miałem. To dawne czasy. Wszystkie plastikowe tyranozaury, diplodoki czy pterodaktyle oddałem do lokalnego przedszkola i... wcale za nimi nie tęsknię. O wiele cenniejsze były skały ze szczątkami organizmów, które zbierałem, odkąd pamiętam – wspomina badacz. Już jako dziecko jeździł na giełdy skamieniałości i minerałów, odwiedzał także oddalony o zaledwie kilka kilometrów od miejsca zamieszkania nieczynny kamieniołom w Jaworznie, by powiększać swoją kolekcję cennych znalezisk. – Gdy w kinach można było zobaczyć Park jurajski Spielberga, miałem 7 lat. Zanim jednak obejrzałem go po raz pierwszy, miałem już za sobą wiele programów dokumentalnych o dinozaurach przygotowanych najczęściej przez BBC, które pewnie dałoby się jeszcze odtworzyć z kaset VHS... To moje prywatne archiwum – dodaje ze śmiechem.

Postanowił rozwijać swoje zainteresowania na studiach paleontologicznych na Wydziale Nauk o Ziemi UŚ, gdzie już jako absolwent realizował trzyletni projekt badawczy Narodowego Centrum Nauki dotyczący żyjących w triasie środkowym gadów morskich i lądowych, których szczątki znalezione zostały na terenie południowej Polski.

Mgr Dawid Surmik jest absolwentem WNoZ UŚ, był także słuchaczem studium doktoranckiego GEOBIOS w Instytucie Paleobiologii PAN, a obecnie pracuje w Parku Nauki i Ewolucji Człowieka w Krasiejowie i prowadzi rozszerzone badania nad materiałem, którego wstępna analiza ukazała się w marcu w prestiżowym czasopiśmie naukowym „PLOS One”. Jak przyznaje, czuje się jednak silnie związany z Uniwersytetem Śląskim, w którym zaczynała się jego przygoda z badaniami materiału prehistorycznego.

– W ramach moich badań związanych z doktoratem, a także projektem grantowym NCN, zajmowałem się szczątkami, gadów morskich pogranicza wczesnego i środkowego triasu południowej Polski, w szczególności Górnego Śląska. Studia te były realizowane dwuaspektowo – przede wszystkim musiałem zająć się opracowaniem taksonomicznym, żeby wiedzieć, co badam, a wtórnie – analizą stanu zachowania zgromadzonych szczątków kostnych. To właśnie studia szczątków wspierane bogatym zapleczem analitycznym i sprzętowym doprowadziły do identyfikacji skamieniałych naczyń ze śladami pierwotnej materii organicznej – wyjaśnia naukowiec.

Jak dodaje, w przypadku materiału badanego w ramach projektu grantowego część organiczna została zastąpiona tlenkami żelaza i przez to mocno zmieniona, co z jednej strony utrudniało identyfikację obserwowanych struktur, z drugiej zaś wymuszało konieczność nawiązania współpracy z wieloma specjalistami z różnych dziedzin naukowych. Takie działanie, jak przyznaje, wpisuje się również we współczesny trend badań paleontologicznych, coraz częściej opierających się na analizach geochemicznych czy fizykochemicznych. Wraz z rozwojem poszczególnych dziedzin nauki badacze mają szansę korzystać z coraz bogatszego zaplecza metod analitycznych, by w jeszcze bardziej obiektywny sposób przyjrzeć się dotychczas zebranym materiałom. Korzyści są obustronne.

– Adaptujemy wybraną metodę do naszych celów, otrzymujemy interesujące nas wyniki i jednocześnie pokazujemy, że ta metoda może mieć zastosowanie w jeszcze innych, często nie przewidzianych aspektach badawczych. W ten sposób wpływamy także na jej rozwój poprzez pokazywanie kolejnego jej zastosowania – wyjaśnia mgr Surmik.

Nie dziwi więc liczba często kilku czy nawet kilkunastu autorów jednego artykułu w branżowych pismach.

– Chciałbym wymienić w tym miejscu moich współpracowników, jak również życzliwych kolegów: dr. Andrzeja Boczarowskiego i prof. Romana Pawlickiego, którzy z entuzjazmem włączyli się do projektu badawczego. Ogromną pomoc uzyskałem także od fizyków z Śląskiego Międzyuczelnianego Centrum Edukacji i Badań Interdyscyplinarnych: prof. Jacka Szadego, dr Katarzyny Balin i dr. Mateusza Dulskiego. Współpraca z nimi układała się doskonale. Zaoferowali swoje laboratoria wyposażone w wysokiej klasy sprzęt. A do tego są bardzo cierpliwi. Wiele razy słyszeli ode mnie: A może to zrobić? Albo tamto? Albo jeszcze to? Zawsze byłem życzliwie przyjęty – opowiada geolog. Wiele zawdzięcza też swojemu opiekunowi naukowemu, dr hab. Barbarze Kremer z Instytutu Paleobiologii PAN, która również jest współautorem publikacji. To właśnie dzięki narzędziom, wiedzy i badaniom współpracowników udało się wspólnie odkryć, że związki organiczne, o których mowa, to nic innego jak pozostałości białek w skamieniałych naczyniach krwionośnych.

Naczynia krwionośne z kości notozaura i tanystrofa. Fot. Surmik D., Boczarowski A., Balin K., Dulski M., Szade J., Kremer B., et al. (2016): Spectroscopic Studies on Organic Matter from Triassic Reptile Bones. Upper Silesia, Poland. W: „PLOS one” 11(3): e0151143. doi:10.1371/ journal.pone.0151143

Pierwotna organika białkowa

Szczególną rolę w projekcie mgr. Dawida Surmika odegrały kości notozaura i tanystrofa. To w ich szczątkach udało się zidentyfikować skamieniałe naczynia krwionośne oraz zbadać pierwotną organikę białkową. Jednym ze zidentyfikowanych składników wchodzących w skład tych próbek okazał się kolagen.

– Podobne badania na znacznie młodszym materiale, bo pochodzącym sprzed 80 mln lat, prowadził prof. Roman Pawlicki z Collegium Medicum UJ, o którym wspominałem już wcześniej. Swoje prace naukowe na ten temat publikował już w latach 60. ubiegłego wieku i to on jako pierwszy opisywał tkanki miękkie w kopalnych kościach – wyjaśnia naukowiec. Analizowany w ramach grantu materiał jest jednak ponad trzykrotnie starszy.

Jak dodaje, badania pokazały między innymi, że wiek skamieniałości nie ma większego znaczenia, jeśli bierze się pod uwagę stan zachowania materii organicznej, kluczowe okazały się bowiem warunki fizykochemiczne, w jakich skamieniałości zostały utrwalone. Mgr Surmik tłumaczy, że w przypadku szczątków prehistorycznych gadów morskich i lądowych część organiczna została zastąpiona tlenkami żelaza na wstępnym etapie ich rozkładu.

– Najważniejsze są nawet pierwsze godziny po śmierci organizmu. W sprzyjających warunkach, jeśli materiał zostanie szybko utrwalony, tak jak stało się w przypadku badanego przez mój zespół materiału, może przetrwać w środowisku równowagi fizykochemicznej „do końca świata, a nawet jeden dzień dłużej”. Dlatego nie ma znaczenia, czy badamy szczątki sprzed 80 mln, czy 250 mln lat – mówi paleontolog.

Jednak odkrycie podobnych struktur w szczątkach pochodzących z dwóch tak różnych okresów w dziejach Ziemi pociągało za sobą jeszcze inny, równie ważny wniosek. Białka kolagenowe, które zostały zidentyfikowane i badane w ramach jego projektu, to białka ewolucyjnie konserwatywne.

– Podobieństwa w strukturze ciał wymarłych zwierząt do tego, co obserwujemy we współczesnych organizmach, pozwala wysnuć wniosek, że mamy do czynienia ze strukturą doskonałą, niewymagającą dalszych modyfikacji w procesie ewolucji – wyjaśnia mgr Surmik. – Ten schemat po prostu się sprawdził – dodaje.

Możliwość zachowania tak starych związków organicznych stwarza szansę na przyszłe badania kopalnych białek w aspekcie poznania procesu ewolucji w skali mikro, a nawet na analizę pokrewieństwa różnych grup kopalnych kręgowców na poziomie molekularnym. W tym miejscu otwiera się przestrzeń dla badań taksonomicznych opartych na metodach fizyko- i biochemicznych. Notozaury wymarły pod koniec triasu, nie pozostawiając po sobie potomków, dlatego mgr Surmik stara się znaleźć najbliższego żyjącego krewnego tych zwierząt. Wybór padł na legwana morskiego z Galapagos, który także ekologicznie bardzo przypominał te wymarłe gady triasowe.

– Dzięki współpracy zagranicznej otrzymałem jego kości, które posłużyły także w naszych badaniach. Być może w przyszłych projektach spróbujemy bliżej ocenić pokrewieństwo pomiędzy tymi grupami gadów na podstawie budowy ich białek. Paleoproteomika jest kolejnym celem na mojej drodze naukowej – podsumowuje mgr Surmik.

Artykuł prezentujący wyniki badań prowadzonych w ramach grantu ukazał się w kwietniowym numerze „PLOS One” (materiał dostępny jest na stronie internetowej: http://journals.plos.org/plosone/article? id=10.1371/journal.pone.0151143).