В дождливый ненастный день около 77 миллионов лет назад на территории нынешней юго-восточной Альберты, Канада, одному рогатому динозавру пришлось очень плохо.
Взрослый Centrosaurus apertus, средний по размеру травоядный двоюродный брат более крупного трицератопса, жившего рядом с тираннозавром, имел запущенную злокачественную опухоль кости голени. Рак мог распространиться в другие части его тела, и считается, что он почти наверняка неизлечим.
Но этот центрозавр, вероятно, не умер от рака костей — потому что, прежде чем это могло произойти, он и тысячи других центрозавров в его стаде были поражены катастрофическим наводнением, которое, как считается, было вызвано тропическим штормом.
Миллионы лет спустя костное ложе, сохранившееся после этой массовой гибели, помогло предоставить важные доказательства того, что эти динозавры передвигались огромными стадами. Но диагноз остеосаркомы этого конкретного динозавра — редкого злокачественного рака костей, чаще встречающегося у детей и диагностируемого примерно у 25 000 человек в год во всем мире, — был поставлен только в 2020 году. Это был первый случай, когда у динозавра был диагностирован злокачественный рак, и для подтверждения этого случая потребовалась междисциплинарная группа ученых.
В течение десятилетий палеонтологи и палеопатологи — ученые, изучающие древние болезни и травмы с помощью окаменелостей — предполагали обнаружение рака у динозавров, хотя обычно опухоли считались доброкачественными. Но исследование остеосаркомы 2020 года является частью быстрорастущей области исследований, направленных на диагностику болезней динозавров, с использованием тех же знаний и оборудования, которые мы использовали бы сегодня для диагностики заболеваний у людей и животных. Единственная разница в том, что у них есть только окаменелости.
«Эта область возникла как спекуляция… но на самом деле сейчас это научная деятельность, и мы можем научно проверять гипотезы и разрабатывать критерии», — говорит Брюс Ротшильд, научный сотрудник по палеонтологии позвоночных в Музее естественной истории Карнеги, Пенсильвания. «Оказывается, болезни, поражавшие динозавров, по сути, выглядят так же, как и те, которые поражают людей или других существ».
Результаты этих исследований раскрывают ранее неизвестные детали того, как жили и умирали динозавры. Некоторые утверждают, что они также могут дать медицинским экспертам новое представление о болезнях, которые все еще поражают нас в наши дни.
Редкая находка
Охота за решительным диагнозом рака кости у динозавра началась, когда Дэвид Эванс, палеонтолог из Университета Торонто и куратор Королевского музея Онтарио в Канаде, встретил Марка Кроутера, человека-гематолога и заведующего кафедрой медицины в Университете Макмастера. , Канада. Они поняли, что могут использовать свой объединенный опыт, чтобы попытаться найти остеосаркому.
Тем не менее, найти потенциальное дело было непростой задачей. Патологии на ископаемых образцах часто отмечаются, но на самом деле они не курируются — не организованы в соответствии с этой характеристикой, — говорит Эванс. Вместо этого кости с признаками болезни обычно разбросаны по коллекциям.
После просеивания сотен костей в Королевском музее Тиррелла в Драмхеллере, Канада, вместе с несколькими другими учеными, включая Снезану Попович, костного патологоанатома из Университета Макмастера, они обнаружили потенциальные признаки рака кости на кости голени Centrosaurus apertus . «Я точно запомню, как Снежана подняла эту кость и сказала: «Я думаю, это рак кости», — говорит Эванс.
На конце кости была шишка, которая была обозначена как костная мозоль перелома, но даже на первый взгляд у нее было несколько явных признаков рака кости: она была явно деформирована и имела большие неестественные отверстия (открытые отверстия) вокруг кости. Кусок.
Команда, состоящая к настоящему времени из восьми медицинских экспертов, в том числе современных специалистов по раку, и четырех палеонтологов, использовала все средства, которые у них были, чтобы подтвердить диагноз своего пациента возрастом 77 миллионов лет. Они сравнили кость как с нормальной костью голени центрозавра, так и с костью голени человека с подтвержденным случаем остеосаркомы. Но они также использовали рентгеновские лучи, высококачественную компьютерную томографию (КТ) вместе с инструментами 3D-реконструкции и гистологию (тонкие срезы кости) для создания биопсии, чтобы они могли изучать ее на клеточном уровне.
«Это позволило нам поставить положительный диагноз рака, который находится на одном уровне с тем, что врачи из моей команды предположили [они поставили бы] у пациента-человека», — говорит Эванс. «На самом деле мы приступили к последовательному разрезанию кости… Мы смогли фактически проследить раковую опухоль, извивающуюся через кость от колена до лодыжки».
Пенелопа Крузадо-Кабальеро, палеонтолог из Университета Ла Лагуна на Тенерифе, Испания, говорит, что исследование показывает важность междисциплинарного подхода к патологиям, включая относительно новый гистологический анализ.
Широкий поиск
В палеопатологии становится все более распространенным использование современных методов для постановки медицинского диагноза таким образом, а не просто визуальное сравнение болезней динозавров с другими примерами болезней в «игре на сопоставление карт», говорит Кэри Вудрафф, куратор палеонтологии позвоночных в Музей науки Филиппа и Патриции Фрост в Майами, Флорида. «То, что они похожи, не означает, что они похожи».
Cruzado-Caballero недавно задокументировал еще один возможный случай остеосаркомы. На этот раз он был на ноге утконосого травоядного животного Bonapartesaurus rionegrensis возрастом 70 миллионов лет, найденного в Патагонии, Аргентина. Ее команда использовала данные визуализации и микроскопический анализ, а также описания видимых форм для диагностики опухоли.
«Наши исследования помогают нам понять, когда возникают болезни на протяжении всей истории жизни на Земле», — говорит она.
Остеосаркома была прослежена еще раньше, чем в позднем меловом периоде. Палеонтологи Яра Хариди и Ротшильд диагностировали его у стволовой черепахи возрастом 240 миллионов лет из триасового периода с помощью микро-КТ, хотя они не использовали столько различных методов, как команда Эванса.
Ученые также рассматривают болезни динозавров в контексте других архозавров, группы рептильных животных, в которую входят сегодняшние крокодилы и птицы. Этот подход помогает палеонтологам понять, как динозавры вписываются во все древо жизни, говорит Дженнифер Энн, ведущий палеонтолог Детского музея Индианаполиса.
В своей работе Анне часто сотрудничает с учеными-ветеринарами, чтобы выяснить, какие условия встречаются у живых птиц и крокодилов, чтобы сравнить их с динозаврами. «[Это] почти как« палеозоолог », — говорит она. «Как сказать:« Хорошо, это животное, как мне изучить его как животное? »».
Именно такой подход привел Анне и двух ее коллег в 2016 году к первому в истории диагнозу у динозавра септический артрит — состояние, которое может возникнуть, когда микробы попадают в сустав, часто после травмы.
У гадрозавра из Нью-Джерси был «съеденный» локоть, который «выглядел как головка цветной капусты», говорит Анне, поэтому они сравнили рентгеновские микротомографические снимки образца с известными условиями у живых птиц и рептилий. Они исключили несколько заболеваний, в том числе подагру и туберкулез, прежде чем остановились на диагнозе септического артрита из-за эрозии костей, реактивного роста костей и слияния элементов, наблюдаемых на костях.
Эти новые анализы могут в конечном итоге опровергнуть предыдущий диагноз. В другом примере исследование под руководством Эвана Вольфа, ветеринара и палеонтолога из Университета Висконсина, пришло к выводу, что наборы повреждений с гладкими краями, относительно часто наблюдаемые на челюстях тираннозавра, вероятно, не были укушенными ранами других тираннозавридов, как это было ранее. Было предложено, но птичья паразитарная инфекция, называемая трихомонозом, вызывает аналогичные эффекты у современных птиц.
Иногда, однако, даже ветеринары ставятся в тупик этими расследованиями. В статье, опубликованной в прошлом году, Энн и ее коллеги описали некоторые необычные повреждения, обнаруженные ими у другого гадрозавра. Но ветеринары, с которыми она разговаривала, сказали, что никогда не видели ничего подобного. «Я отправил это в Королевский ветеринарный колледж в Лондоне, и эта фотография, по-видимому, висит в их кофейне, поскольку люди пытаются понять, что это такое, потому что никто не видел ее и на сохранившемся животном».
Новый подход
Разница с диагностикой живых животных сегодня, конечно, заключается в том, что для динозавров очень мало информации, кроме окаменелых костей и других твердых тканей, таких как зубы, а иногда кожа, перья или волосы. «Все, где только одна часть диагноза — кость, — это очень сложно», — говорит Анне. «Поскольку у нас есть такая ограниченная информация, которую мы можем использовать, эти ограниченные подсказки, мы МакГайверы: мы бросаем все, что можем, чтобы попытаться выудить эту информацию».
Кость обычно является одной из наименее изученных частей биологии, добавляет она. «В то время как в палеонтологии у нас есть только кости. Так что мы знаем о костях все».
Диагностировать какую-либо болезнь в палеонтологической летописи невероятно сложно, соглашается Вудрафф. «Мы не можем на самом деле полагаться на какие-либо медицинские тесты, которые мы бы провели сегодня… То, как мы идентифицируем [заболевания], должно быть радикально другим».
Вудрафф, который специализируется на зауроподах — огромных травоядных динозаврах с длинной шеей, таких как брахиозавр, — также сотрудничал с ветеринарами и врачами в своей недавней работе по диагностике респираторной инфекции динозавров.
Он заметил что-то странное в образце диплодоцидного зауропода по имени Долли возрастом 150 миллионов лет — неправильный бугристый нарост на его позвонках, который окаменел, как соцветие брокколи. «Я знал достаточно, чтобы понять, что то, на что я смотрю, ненормально, но я не знал достаточно, чтобы определить, на что я вообще мог смотреть», — говорит он.
Он разместил фотографию в социальных сетях, спросив, видел ли кто-нибудь нечто подобное или знает, что это может быть, и быстро получил множество ответов, в том числе от его будущих соавторов. «Общий ответ эксперта был, черт возьми, мы никогда не видели этого раньше, но это именно то, на что мы могли бы предсказать респираторную инфекцию у зауроподов», — говорит он.
Собранная им команда начала исследовать все болезни, которые могли вызвать этот рост. «Не менее важно отсеять то, чем это не является, иногда с первого раза, чем помочь вам сосредоточиться на том, что это такое», — говорит Вудрафф.
Они поняли, что именно в тех местах кости, которые должны были быть прикреплены к воздушным мешкам Долли, были выступы - заполненные воздухом структуры, которые все еще встречаются у сегодняшних птиц и которые часто инфицируются, вызывая аэросаккулит с респираторным заболеванием. «Они были достаточно похожи, чтобы мы могли предположить, что диагноз Долли — аэросаккулит», — говорит Вудрафф. «Появившаяся ископаемая« брокколи » [...] была вторичной инфекцией костей».
Невозможно сказать, что могло вызвать эту инфекцию, так как по понятным причинам команда не могла сделать никаких анализов крови у Долли. Однако наиболее распространенной причиной у живых динозавров – птиц – сегодня является вдыхание спор грибов. «Скорее всего, это могло произойти с нашим динозавром 150 миллионов лет назад», — говорит Вудрафф. «Мы знаем, что грибы имеют смехотворно долгую эволюционную историю, они также были бы основным компонентом этих сред».
Другие ученые, возможно, обнаружили признаки респираторных инфекций еще раньше. В статье 2018 года, написанной в соавторстве с Ротшильдом, представлены доказательства туберкулезной респираторной инфекции у морских рептилий возрастом 245 миллионов лет.
Конечно, палеонтологи десятилетиями изучают болезни в костях динозавров, и некоторые заболевания динозавров зарегистрированы гораздо лучше, чем другие. Например, сросшиеся сломанные кости «исключительно распространены», говорит Эванс.
Учтите, однако, что существует только скелетный материал примерно 32 взрослых тираннозавров из примерно 2,5 миллиардов когда-либо живших, и шансы понять распространенность болезней становятся исчезающе малыми. «Мы действительно плохо разбираемся в эпидемиологии», — говорит Ротшильд. «Все, что мы можем сказать, это то, как далеко назад, и мы можем проследить многие из этих болезней до пермского периода, до динозавров, но это все, что мы можем принять на данный момент».
Есть также множество недугов и болезней, которые не оставляют никаких следов на том, что осталось от динозавров, что в большинстве случаев затрудняет определение того, что их убило. «Вероятно, большая часть наших динозавров умерла от болезней или подобных вещей, для которых у нас нет остеологических доказательств, поэтому на костях нет индикаторов», — говорит Вудрафф.
Тем не менее, по мере развития науки, мы можем лучше распознавать признаки, указывающие на определенные заболевания. «Может быть целая куча костей с едва заметными на поверхности заболеваниями, на которые никто даже не подумает взглянуть», — говорит Эванс.
Чем больше таких диагнозов ставится, тем больше информации палеонтологи могут получить о том, как жили эти динозавры.
Например, прогрессирующая остеосаркома Centrosaurus apertus , вероятно, повлияла бы на его движения, что сделало бы его главной целью для тираннозавра, главного хищника того времени, говорит Эванс. Однако вместо этого он, похоже, погиб вместе со своим стадом в результате стихийного бедствия, что указывает на то, что остальная часть стада, возможно, заботилась о нем и защищала его, говорит Эванс. «Это действительно интересное и уникальное представление о жизни динозавров, которого раньше у нас не было».
Неожиданная выгода
Но открытия могут также способствовать нашему современному пониманию болезней. Ротшильд, практикующий медицинский ревматолог, использовал свой анализ окаменелостей гадрозавров, чтобы помочь различить остеохондрит и остеохондроз, два разных, но похожих состояния костей.
Эванса даже пригласили принять участие в симпозиуме Института остеосаркомы, посвященном поиску лекарства от болезни. «[Там] была группа ведущих специалистов по раку костей со всего мира [там], а потом был я с динозаврами», — говорит Эванс. В его статье была диагностирована гигантская опухоль точно в том же месте, где можно было бы ожидать найти болезнь у человека. «Это дает нам некоторое представление о том, насколько древними являются эти болезни».
Слепок оригинальной кости голени Centrosaurus apertus с остеосаркомой также был частью выставки «Раковая революция» в прошлом году в Музее науки в Лондоне. «Мы хотели продемонстрировать, что рак не является исключительно человеческим или современным заболеванием», — говорит Кэти Дабин, ведущий куратор выставки. «Динозавры казались блестящим примером того, что рак был у многоклеточных организмов в течение длительного времени».
Эванс надеется, что его статья заинтересует врачей, исследователей и экспертов в сотрудничестве с палеонтологами и наоборот, что подтолкнет к другим открытиям о редких заболеваниях, которые можно найти в летописи окаменелостей. «Кто знает, к чему могут привести эти открытия?» он говорит. Его команда уже работает с другой группой исследователей, которые думают, что могли найти признаки остеосаркомы у динозавра-мясоеда.
Но в диагностике этих болезней у динозавров есть нечто, что просто помогает нам лучше относиться к ним, говорит Вудрафф.
«Вы можете держать в руках кость Долли [диплодока], которой 150 миллионов лет, и, видя признаки инфекции, вызванной каким-то респираторным заболеванием, знать, что 150 миллионов лет назад Долли чувствовала себя отвратительно, когда это было больно, как и все мы, когда мы больны подобными вещами. И я думаю, что это очаровательно ».
