Nasze badania: Triasowe gady morskie cierpiały na chorobę dekompresyjną i bakteryjne zapalenie stawów

Data publikacji: 01.08.2017

Paleopatologia jest nauką studiującą schorzenia i urazy, które dotykały prehistorycznych zwierząt. Termin ten jest również często stosowany przez antropologów i archeologów do opisu schorzeń rozpoznanych w historycznych szczątkach ludzkich. Jednakże drobnoustroje chorobotwórcze są znacznie starsze niż sama ludzkość. Bakterie były pierwszymi formami życia, które skolonizowały Ziemię ponad trzy miliardy lat temu i do dziś są bardzo powszechne we wszystkich środowiskach, stanowiąc ważny czynnik utrzymujący ekosystemy w równowadze. Nie jest jednak jasne, jak dawno temu drobnoustroje uzyskały zdolność wnikania do organizmów żywych i wywoływania u nich zmian chorobowych (wirulencja), ani też w jaki sposób w ciągu setek milionów lat kształtowały się owe zależności pomiędzy chorobotwórczymi drobnoustrojami a ich nosicielami.

Więcej światła na tę kwestię rzucają interdyscyplinarne badania polsko-amerykańskiego zespołu pod kierunkiem Dawida Surmika z Parku Nauki i Ewolucji Człowieka w Krasiejowie. Przedmiotem badań zespołu były kości gada morskiego Pistosaurus longaevus ze środkowego triasu, a zatem pierwszego okresu ery mezozoicznej, sprzed około 240 milionów lat. Przebadane szczątki pochodzą z kilku stanowisk w Polsce i Niemczech. W badanym materiale trzy kości udowe nosiły wyraźne ślady septycznego (powodowanego przez infekcję) zapalenia stawów, stanowiąc dotychczas najstarszy na świecie dowód rozwiniętej infekcji bakteryjnej.

Pistozaury, podobnie jak inne morskie gady mezozoiku, doświadczały efektów działania choroby dekompresyjnej, objawiającej się tzw. awaskularną martwicą kości, spowodowaną zatrzymaniem dopływu krwi przez wytrącające się w niej podczas nagłego wynurzania pęcherzyki gazu (głównie azotu) i – w konsekwencji – obumieraniem tkanki kostnej. Ten typ martwicy kości, zwany także martwicą jałową (asepetyczną), jest rozróżniany od martwicy septycznej. Oba typy martwicy kości zostały rozpoznane przez polsko-amerykański zespół
w badanym materiale.

Do badań martwicy septycznej naukowcy wykorzystali wysokorozdzielczą mikrotomografię rentgenowską, ujawniając rozległe i głębokie uszkodzenia powierzchni stawowej kości udowej prehistorycznego gada. Proces zapalny błony maziowej wokół stawów wytworzył (analogicznie do choroby dekompresyjnej) ciśnienie tamujące przepływ krwi do zakażonego obszaru, co spowodowało martwicę kości, zniszczenie chrząstki stawowej, i tym samym znaczną erozję stawu.

Naukowcy poszli jednak o krok dalej i postanowili przyjrzeć się dokładnie różnicom
w mikrostrukturze oraz składzie chemicznym patologicznie zdeformowanej części kości
w porównaniu z jej zdrowym, niezmienionym fragmentem. Wykorzystali w tym celu metody spektroskopowe – spektroskopię Ramana i spektroskopię w podczerwieni. Badania te ujawniły, że patologicznie zmieniony fragment kości charakteryzuje nietypowa struktura apatytu, budującego tkankę kostną. Mineralną część kości wszystkich kręgowców buduje tzn. bioapatyt, odznaczający się strukturą silnie uporządkowaną, czyli krystaliczną.
Z kolei w patologicznie zmienionej kości pistozaura stwierdzono występowanie apatytu
o strukturze znacznie mniej uporządkowanej, w której zaobserwowano dodatkowo tzw. defekty strukturalne wynikające z silnego wpływu czynników zewnętrznych. Kość ta była formowana w warunkach patologicznych przy niskiej podaży jonów węglanowych, które nie pozwoliły na pełne wykształcenie struktury krystalicznej takiego apatytu. W efekcie pokazano, że zmiany chorobowe uniemożliwiły pełną biomineralizację kostną, a dodatkowo doprowadziły do silnej inkorporacji jonów hydroksylowych do struktury apatytu kostnego
w martwiczo zmienionej części kości. Przypuszczalnym procesem, który tłumaczy takie zjawisko jest udział rodników hydroksylowych w przebiegu reakcji zapalnej w trakcie formowania tej patologicznie zmienionej kości. Odkrycie to stanowi zatem pierwszą na świecie dokumentację patofizjologii prehistorycznego zapalenia stawów.

Zmiany patologiczne utrwalone na trzech kościach udowych z kilku różnych stanowisk
z Polski i Niemiec (w tym z historycznego odsłonięcia w Rybnej, dzielnicy Tarnowskich Gór) sugerują, że pistozaury były zwierzętami bardzo podatnymi na infekcje stawowe. Być może powszechność patologicznych zmian kości związanych z chorobą dekompresyjną zwiększała podatność tych zwierząt na zakażenia.

W skład zespołu badawczego weszli dr Mateusz Dulski z Instytutu Nauk o Materiałach Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach, dr Katarzyna Janiszewska z Instytutu Paleobiologii Polskiej Akademii Nauk w Warszawie oraz dr Bruce M. Rothschild, światowej sławy specjalista w dziedzinie osteopatologii z Carnegie Museum w Pittsburghu (Pensylwania, USA).

Interdyscyplinarne badania szczątków triasowych gadów morskich stanowiły część projektu badawczego nr. 2011/01/N/ST10/06989 sfinansowanego ze środków Narodowego Centrum Nauki w Krakowie, przyznanego dla Dawida Surmika. Prace badawcze zostały częściowo realizowane w Krajowym Laboratorium Multidyscyplinarnym Nanomateriałów Funkcjonalnych NanoFun współfinansowanym ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka POIG.02.02.00-00-025/09.

Publikacja naukowa:

Surmik D, Rothschild BM, Dulski M, Janiszewska K, 2017. Two types of bone necrosis in the Middle Triassic Pistosaurus longaevus bones: the results of integrated studies. R. Soc. open sci. 4: 170204. http://dx.doi.org/10.1098/rsos.170204

  • Zaplanuj wizytę w JuraParku
  • Przejdź na stronę
    Jurapark Krasiejów
    Wchodzę
  • Przejdź na stronę
    Jurapark Solec
    Wchodzę
  • Przejdź na stronę
    Jurapark Bałtów
    Wchodzę