К томографическому исследованию трех бивней мамонтов, предоставленных для изучения Отделом изучения мамонтовой фауны Академии наук Республики Саха (Якутия), приступили ученые Лаборатории ядерной и инновационной медицины (ЛЯИМ) Физического факультета НГУ. Радиоуглеродный анализ артефактов проведут в ЦКП «Ускорительная масс-спектрометрия НГУ-ННЦ» по проекту Института медицины и медицинских технологий в программе «Приоритет-2030».
Объекты исследования — три бивня мамонтов с различными дефектами, — были найдены несколько лет назад в Абыйском районе, на реках Тирехтях и Бадяриха в Республике Саха (Якутия). Теперь исследователям предстоит выяснить причину возникших патологий, установить возраст данных палеонтологических находок, выявить особенности диеты, географического местоположения и миграции данных представителей мегафауны. Ученые утверждают, что в НГУ для таких исследований созданы оптимальные условия — здесь находится единственный в России низковольтный ускорительный масс-спектрометр и единственный в Сибири аппарат КТ, сертифицированный для работы с животными и для проведения научных исследований.
Сканируемые образцы представляют собой бивни мамонтов, содержащие структурные изменения — значительные отклонения в форме и размерах, а также нарушения в формировании бивней, хорошо различимые внешне. На первом образце отчетливо видны поперечные «кольцевидные» перетяжки разной степени выраженности, что свидетельствуют о замедлении или остановке роста бивня. На втором находятся участки почковатого или беспорядочного прироста дентина.
Третий образец очень сильно отличается от предыдущих как по размеру — он значительно меньше бивней нормальных размеров, так и по структуре — центральная часть его поперечного среза отличается от нормальной для шерстистых мамонтов, дентин выглядит слишком плотным и не образует характерных концентрических слоев. К тому же у этих образцов имеются и другие типы патологий, еще не описанные в научной литературе.
«Изучение патологий мамонтовых бивней в мире до настоящего времени практически не проводилось. В России выходили только несколько статей, в которых сравнивались изотопные соотношения у больных и здоровых бивней, делался элементный анализ. В НГУ работы начинаются с изучения внутренней структуры больных (аберрартных) бивней, потом будет изучаться изотопный состав и наследственные причины возникновения таких бивней. НГУ выбран нами в качестве партнера из-за высококвалифицированных специалистов в разных областях и наличия оборудования. Такие исследования являются пионерными и их значение трудно переоценить», — прокомментировал доктор биологических наук, руководитель отдела изучения мамонтовой фауны Академии наук Республики Саха (Якутия) Альберт Васильевич Протопопов.
В современной археологии и палеонтологии компьютерная томография (КТ) стала незаменимым неразрушающим методом. Для таких уникальных находок, как бивни из Якутии, КТ является «цифровым скальпелем», позволяющим заглянуть внутрь объекта и изучить его скрытую структуру, не нарушив оригинал. Метод дает трехмерное изображение внешних и внутренних структур, а также информацию о возрасте, диете и сезонных миграциях животного, но его главная ценность — в выявлении скрытых прижизненных патологий: переломов, болезней и травм.
В дальнейшем планируется сравнить КТ-изображения бивней мамонтов и слонов, чтобы выяснить, насколько они сходны друг с другом. Более того, условия лаборатории позволяют исследовать не только бивни и костные останки этих крупных животных. Ученые ЛЯИМ рассчитывают получить от коллег из Якутии для исследований хорошо сохранившуюся в вечной мерзлоте тушку мамонтенка. Для этого сначала они могли бы провести отдельные КТ-исследования ее частей, а затем собрать все изображения воедино, выполнив трехмерную компьютерную реконструкцию, позволяющую изучать объект в любой проекции.
Анализом КТ-изображений бивней мамонтов будет заниматься группа ученых под руководством заместителя директора Института цитологии и генетики СО РАН по научной работе, заместителя руководителя Института клинической экспериментальной лимфологии по научной и клинической работе, доктор медицинских наук, профессор, врач высшей категории по специальности «рентгенология» Андрея Летягина, который является ведущим экспертом ЛЯИМ ФФ НГУ.
Совместно с научными сотрудниками лаборатории ученый ранее участвовал в работе по созданию алгоритмов для программного модуля «помощника врача-ветеринара», предназначенного для диагностики онкологических заболеваний у домашних животных по изображениям компьютерной томографии, а также принимал участие в КТ-исследованиях археологических находок, которые проводились в лаборатории.
«Мы будем заниматься обработкой полученных на томографе изображений внутренней структуры бивней, обращая внимание на зоны разрушения. Наверняка мы увидим какие-либо патологические изменения различного происхождения, вызванные либо травмами, либо воспалительными дегенеративными процессами. Многое зависит от сохранности структуры кости, что нам еще предстоит выяснить, ясно одно — работа предстоит непростая ввиду того, что объекты исследования — нестандартные. Обратиться к литературе практически не представляется возможным, поскольку на сегодняшний день существуют лишь единичные статьи на эту тему. И получается, что мы видим перед собой КТ-изображения объектов, которых до нас никто не изучал. И нам придется разрабатывать свой протокол проведения таких исследований в рамках технических возможностей, которыми мы в данный момент располагаем», — объяснил Андрей Летягин.
Компьютерная томография — только начальный этап изучения необычных бивней. Ученые планируют провести комплексное радиоуглеродное исследование, послойный анализ изотопного и химического состава и гистологический анализ для выявления причин дефектов.
В ближайшее время в лаборатории изотопных исследований Института археологии и этнографии СО РАН будет послойно произведен изотопный анализ всех трех бивней, одновременно будет проводится пробоподготовка образцов к датированию. В ЦКП «Ускорительная масс-спектрометрия НГУ-ННЦ» радиоуглеродным методом будет установлено время жизни мамонтов.
«Мы будем рады сотрудничеству с теми исследователями, которые владеют какими-либо другими современными методами, позволяющими подойти к вопросу изучения заболеваний мамонтов. До настоящего времени еще никто всерьез не занимался этой проблемой. А между тем, это очень важно с точки зрения вклада в возрождение мамонтов, которое перестает быть фантастикой и приобретает некие реальные черты. Наши коллеги из Якутии организовали Всемирный музей мамонта, где создаются условия для хранения и максимального продления жизни всем тем уникальным объектам, которые открываются сейчас, с таянием вечной мерзлоты», — отметила Екатерина Пархомчук.
Далее планируется провести гистологическое исследование тканей. Лаборатория ядерной и инновационной медицины НГУ обладает современным высокотехнологичным оборудованием, позволяющим выполнять ультратонкие срезы тканей для подготовки микропрепаратов, которые будут подвергнуты исследованию методом световой микроскопии под цифровым сканером, что позволит получить пакет палеогистологических данных в виде электронных изображений.
«Микроструктурные палеонтологические исследования мы планируем проводить совместно с ФИЦ ФТМ и непосредственно моим научным руководителем — заведующей лаборатории молекулярных механизмов патологических процессов Федерального исследовательского Центра фундаментальной и трансляционной медицины (ФИЦ ФТМ), доктором биологических наук Еленой Колдышевой. Гистологические исследования палеонтологических образцов выполняются впервые, и, если окраска тканей мегафауны пройдет успешно, мы оцифруем полученные изображения микропрепаратов. Это сделает их доступными для специалистов целого ряда научных организаций, привлекаемых в проекте. Сохранность структуры при анализе позволит выявить прижизненные повреждения: термические и механические травмы, врожденные патологии или обретенные в течение жизни заболевания и их последствия. Возможно, получится реконструировать и морфологический состав органов мамонтов, ткани которых были исследованы», — рассказал младший научный сотрудник ФИЦ ФТМ (Институт молекулярной патологии и патоморфологии) Николай Каныгин.
Ученые, задействованные в исследовании дефектных бивней мамонтов, уверены, что в настоящее время очень важно сформировать и применить максимальное количество методов изучения образцов, относящихся к мегафауне, чтобы получить максимум информации о находках из Якутии.
«Изъятые из слоев вечной мерзлоты, такие образцы размораживаются и быстро разрушаются. Мягкие ткани подвергаются разложению, а кости быстро рассыхаются и превращаются в труху. В результате мы теряем очень много важной информации, которая могла бы пролить свет на причину вымирания мамонтов. На этот счет существуют две конкурирующих точки зрения: одни ученые уверены, что этих представителей мегафауны и вслед за ними множество других видов животных истребила разросшаяся популяция древних людей, другие же считают, что всему виной некое катастрофическое явление, ставшее причиной изменения климата 10-15 тысяч лет назад. С другой стороны, современный климат все еще пригоден для жизни многих видов вымерших животных, в том числе мамонтов. Наши исследования бивней мамонтов помогут решить загадки прошлого», — подытожила Екатерина Пархомчук.
Отдел изучения мамонтовой фауны входит в состав Академии наук Республики Саха (Якутия) как научное подразделение. Задачи отдела — изучение анатомо-морфологических особенностей животных мамонтовой фауны, их таксономическое положение, экологические адаптации. Второе важное направление — это палеоэкологические исследования позднего плейстоцена в Якутии, особенностей растительного покрова и природной обстановки, преобладающих ландшафтов. Третье направление исследований — изучение особенностей условий захоронения представителей мамонтовой фауны. В том числе мамонтовых бивней ценного промыслового ресурса жителей арктических районов Якутии.
Кроме этих исследований, которые отдел ведет самостоятельно своими силами, проводятся совместные научные проекты с привлечением ведущих научных учреждений России и мира. Важное место занимают генетические исследования, в которых задействованы, например, сотрудники Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН (А.С. Графодатский).
В проектах отдела задействованы многие высококвалифицированные специалисты из самых разных институтов России — Москвы, Санкт-Петербурга, Новосибирска, Екатеринбурга. Многие виды анализов проводятся за рубежом, в самых авторитетных генетических и изотопных центрах.
