Złamania kończyn, skoliozy, zapalenia stawów, nowotwory czy gruźlica – to tylko kilka przykładów urazów i schorzeń, które miały znaczący wpływ na życie dawnych mieszkańców Ziemi. Ślady tych przypadłości zapisane zostały w mających setki milionów lat szczątkach szkieletowych, które od trzech lat bada mgr Dawid Surmik. Na podstawie analizy skamieniałości opisuje między innymi, w jaki sposób różne zaburzenia funkcjonowania organizmów kształtowały życie na naszej planecie.

Mgr Dawid Surmik z Wydziału Nauk o Ziemi UŚ

Paleopatologia jest nauką, która najczęściej kojarzy się z badaniem zmian chorobowych w pradziejowych populacjach ludzkich. Mgr Dawid Surmik, dokumentując ślady schorzeń utrwalone w szkieletowych szczątkach kręgowców sprzed setek milionów lat, rozszerza jej konwencjonalne rozumienie i pisze kolejny rozdział w dziedzinie ewolucyjnej historii chorób. W geologicznej przeszłości Ziemi przyczyn wymierania gatunków zwierząt było wiele. Część z nich miała charakter globalny, jak chociażby uderzenie planetoidy czy wzmożenie aktywności procesów wulkanicznych. Inne, może mniej spektakularne, związane były z katastrofami środowiskowymi o zasięgu lokalnym, z zanieczyszczeniem siedlisk czy ze współzawodnictwem międzygatunkowym. Do zmiany liczebności populacji przyczyniały się również zmiany rozwojowe i chorobowe. To właśnie one stanowią jedno z zainteresowań naukowych doktoranta.

Prowadząc analizy z zakresu paleopatologii, mgr Dawid Surmik zwraca uwagę przede wszystkim na wszelkie nieprawidłowości w zachowanym materiale kopalnym. Interesują go zatem nieprawidłowości rozwojowe, zniekształcenia czy narośle na częściach układu kostnego. Zwraca uwagę na ślady po urazach mechanicznych, takich jak złamania, które miały znaczący wpływ na szanse przeżycia danego osobnika lub na jakość jego życia, utrudniały bowiem zdobywanie pokarmu albo zmniejszały szansę przeżycia w walce z drapieżnikami.

– Są to nadal mało poznane, a przecież równie ważne czynniki decydujące o przetrwaniu gatunków – mówi naukowiec związany z Uniwersytetem Śląskim. – Musimy przy tym pamiętać, że ze względu na rodzaj dostępnego materiału można badać jedynie te zmiany, które zostawiły ślad w układzie szkieletowym.

Aby opisać, jak wyglądało życie na Ziemi dziesiątki i setki milionów lat temu, paleontolodzy badają szczątki zachowane w całości lub fragmentarycznie (głównie materiał kostny) zwierząt żyjących w czasach prehistorycznych. Jak wyjaśnia mgr Dawid Surmik, w zależności od zainteresowań naukowcy szukają zwykle określonych wskaźników, na podstawie których mogą gromadzić informacje o trybie życia i znaczeniu różnych czynników czy wreszcie ewolucji poszczególnych, nieistniejących już dziś gatunków. Zdarza się więc, że dany okaz, przebadany wielokrotnie przez rzesze specjalistów, kryć może jeszcze wiele tajemnic. Tak było w przypadku liczącego ponad 245 mln lat okazu znajdującego się w zbiorach Muzeum Geologicznego Uniwersytetu Wrocławskiego. Mgr Dawid Surmik analizował w ramach zakończonego już projektu naukowego częściowo zachowany szkielet triasowego gada morskiego. Jego uwagę zwróciły drobne, guzkowate narośla dobrze widoczne na kilku żebrach. Postanowił skonsultować odkrycie z prof. Bruce’em Rothschildem z Carnegie Museum w Pittsburghu (USA) – czołowym badaczem prehistorycznych patologii szkieletowych – oraz z mgr. Tomaszem Szczygielskim z Instytutu Paleobiologii PAN, także pracującym na materiałach kopalnych gadów.

Częściowo zachowany szkielet morskiego gada sprzed 245 milionów lat. Na czterech żebrach znajdują się guzkowate narośle świadczące o tym, że zwierzę chorowało na gruźlicę

Dzięki zastosowaniu nowoczesnych metod badawczych, w tym między innymi mikrotomografii komputerowej, naukowcy doszli do wniosku, że mają do czynienia z reakcją okostnej na przewlekłą infekcję, którą okazała się… gruźlica. Badania zostały dodatkowo potwierdzone przez dr Katarzynę Janiszewską w oddziale Krajowego Laboratorium Multidyscyplinarnego Nanomateriałów Funkcjonalnych (NanoFun).

– O ile gruźlica jest schorzeniem dosyć powszechnie występującym w świecie współczesnych zwierząt, o tyle nam udało się zidentyfikować jej najstarsze ślady na szkielecie sprzed ponad 245 mln lat, co oznacza, że ta jedna z najgroźniejszych chorób zakaźnych pojawiła się na Ziemi jeszcze przed dinozaurami – mówi paleontolog z Uniwersytetu Śląskiego. Jak dodaje, przełomowe odkrycie może pozwolić zrozumieć początki chorób zakaźnych, które są jedną z głównych przyczyn obniżenia sukcesu rozrodczego i śmierci zwierząt w środowisku naturalnym. Wyniki prowadzonych badań zostały opublikowane na łamach czerwcowego numeru „Royal Society Open Science”.

Ciekawym przypadkiem analizowanym w ramach badań paleopatologicznych są także wrodzone lub nabyte zmiany rozwojowe układu kostnego prehistorycznych gadów. Mgr Dawid Surmik wraz z mgr. Tomaszem Szczygielskim odkryli również najstarszy przykład skoliozy u kręgowca kopalnego. Badając szkielet permskiego gada morskiego sprzed 290 mln lat, naukowcy przyglądali się patologii, na którą już wcześniej zwróciła uwagę mgr Agnieszka Kapuścińska z Instytutu Paleobiologii PAN.

– Doszliśmy do wniosku, że jest to skolioza spowodowana wystąpieniem kręgu połowiczego, co również potwierdził prof. Bruce Rothschild – mówi Surmik. Jak dodaje, taki typ wrodzonej wady rozwojowej powstaje na skutek asymetrycznego rozwoju trzonu kręgu – braku lub niedorozwoju jednej z jego połówek. Niekompletny trzon wklinowuje się między sąsiadujące kręgi, doprowadzając do bocznego skrzywienia kręgosłupa.

W związku z odkryciem naukowcy zadali sobie pytanie, jaki wpływ na życie morskiego gada mogła mieć skolioza. – Wiemy, że było to zwierzę pływające, w związku z czym taki rodzaj usztywnienia kręgosłupa mógł utrudnić mu polowanie czy ucieczkę. Tymczasem zachowany szkielet należał do osobnika dorosłego, co oznacza, że gad morski podczas przemieszczania się w wodzie prawdopodobnie nie polegał wyłącznie na bocznych ruchach tułowia, lecz do poruszania się służył mu głównie ogon – tłumaczy mgr Dawid Surmik.

Paleopatologia dostarcza zatem informacji, z których korzystać mogą naukowcy zajmujący się innymi aspektami życia prehistorycznych zwierząt. Istotną kwestią w kontekście badań paleopatologicznych są jednak dane statystyczne. Surmik zwraca uwagę na częstość występowania różnych zmian chorobowych i rozwojowych, co ma wpływ na interpretację odkryć. W przypadku skoliozy szacuje się, że ta wada rozwojowa występowała u jednego do pięciu osobników na tysiąc. Biorąc pod uwagę niewielką część zachowanych szkieletów, a także ich częstą niekompletność, można zatem mówić o spostrzegawczości naukowców, którzy potrafią zauważyć i odpowiednio zidentyfikować takie zmiany.

Inną jednostką chorobową, która może pozostawić ślad w układzie kostnym, są różnego rodzaju nowotwory, w tym zarówno pierwotne guzy kości, jak również przerzuty mające swoje źródło w tkankach miękkich. Na tej podstawie można wnioskować, jakiego typu zmianami nowotworowymi były dotknięte prehistoryczne zwierzęta.

Interesujące odkrycie zostało dokonane również w 2017 roku, gdy mgr Dawid Surmik wraz z dr. Mateuszem Dulskim z Uniwersytetu Śląskiego i – ponownie – z dr Katarzyną Janiszewską oraz prof. Bruce’em Rothschildem, zidentyfikował najstarsze ślady zapalenia stawów sprzed ponad 240 mln lat. Tym razem badania prowadzone były na szczątkach triasowego gada morskiego – pistozaura. Wiadomo o nim, że prawdopodobnie podczas polowania gwałtownie wynurzał się z wody i był tym samym narażony na skutki choroby dekompresyjnej (kesonowej), do których należy między innymi martwica kostna. Co ciekawe, naukowcy odkryli ślady dwóch rodzajów tej zmiany. Jeden z nich świadczył o wspomnianej przebytej chorobie kesonowej, drugi natomiast wywołany był infekcją bakteryjną doprowadzającą do zapalenia stawów. Jak wyjaśnia mgr Dawid Surmik, w wyniku procesów zapalnych blokowany był przepływ krwi do zakażonego miejsca, przez co obumierała tkanka kostna i dochodziło do znacznej erozji stawów, co zobaczyli paleontolodzy na zachowanym materiale kopalnym.

– Prowadząc badania z zakresu paleopatologii, można między innymi wnioskować, że rodowód pewnych chorób jest znacznie starszy, niż początkowo przypuszczaliśmy. Wiele gatunków zwierząt wymarło w geologicznych dziejach Ziemi, a patogenne organizmy przetrwały, wywołując praktycznie te same skutki zarówno dziś, jak i kilkaset milionów lat temu. Dzięki badaniu zachowanych szczątków szkieletowych możemy wnioskować, że prątki gruźlicy czy bakterie wywołujące zapalenie stawów utrudniały życie gadom już w głębokiej prehistorii i mogły mieć znaczenie dla przetrwania gatunków – mówi paleontolog. – Myślę, że paleopatologia może dostarczyć nam jeszcze wielu ciekawych informacji na temat znaczenia chorób i schorzeń w kontekście większych i mniejszych wymierań w dziejach Ziemi – podsumowuje.