Cells and soft tissues in fossil bone: A review of preservation mechanisms, with corrections of misconceptions
Plain Language Abstract
In some cases, cells and soft tissues such as bone cells, blood vessels, and/or sheets of collagen are preserved in fossil bone. Recent advances elucidate the potential mechanisms by which cells and soft tissues in bone undergo long-term preservation. Here, I combine information from studies of archaeological bone with studies of fossil bone to review the mechanisms by which cells and soft tissues in bone are preserved for hundreds, then thousands, then millions of years. In this review, I also correct several misconceptions about the preservation of cells and soft tissues in fossil bone that have been voiced in scientific publications.
Resumen en Español
Células y tejidos blandos en huesos fósiles: una revisión de los mecanismos de preservación, con correcciones de conceptos erróneos
En las últimas tres décadas, ha habido una gran cantidad de investigaciones sobre la preservación de células y tejidos blandos dentro de los huesos fósiles. Las células y los tejidos blandos que se han conservado documentados en huesos fósiles incluyen osteocitos, condrocitos, vasos sanguíneos, fibras nerviosas, nervios y las láminas de colágeno en la matriz ósea. Estudios recientes identifican las reacciones de Fenton como un mecanismo de preservación plausible para las células y los tejidos blandos dentro de los huesos, documentan las firmas químicas de las reacciones de Fenton en las células y los tejidos blandos de los huesos fósiles, e indican que tal preservación ocurre tempranamente en la diagénesis y es facilitada por ambientes deposicionales oxidantes y por protección a través de concreciones externas y otros factores. Además, los avances recientes en el estudio de los huesos arqueológicos han identificado un conjunto de factores que permiten que un hueso y su contenido celular y de tejido blando sobrevivan en el registro fósil. A pesar de estos avances, persisten dos situaciones lamentables. Una es que hay poca conexión entre la literatura sobre huesos arqueológicos y la literatura sobre huesos fósiles. La otra es que la literatura científica expresa numerosos conceptos erróneos con respecto a la preservación de células y tejidos blandos en huesos fósiles, muchos de los cuales tienen sus raíces en la oposición creacionista de la Tierra joven (YEC) al papel hipotético de las reacciones de Fenton. Para aliviar estos problemas, esta revisión corrige conceptos erróneos y vincula estudios de huesos arqueológicos con estudios de huesos fósiles, para dilucidar los mecanismos por los cuales las células y los tejidos blandos se conservan en los huesos durante cientos, luego miles y luego millones de años.
Palabras clave: hueso fósil; hueso arqueológico; Tejido suave; osteocito; colágeno; reacción de Fenton
Traducción: Francesco Gascó (Grupo de Biología Evolutiva, UNED y Sociedad Española de Paleontología)
Deutsche Zusammenfassung
Zellen und Weichteile in fossilen Knochen: Ein Überblick über die Erhaltungsmechanismen, mit Korrekturen von Missverständnissen
In den letzten drei Jahrzehnten gab es eine Fülle von Forschungsarbeiten über Erhaltung von Zellen und Weichteilen in fossilen Knochen. Zu den Zellen und Weichteilen, die nachweislich in fossilen Knochen erhalten geblieben sind, gehören Osteozyten, Chondrozyten, Blutgefäße, Nervenfasern, Nerven und die Kollagenschichten der Knochenmatrix. Jüngste Studien identifizieren Fenton-Reaktionen als plausiblen Konservierungsmechanismus für Zellen und Weichgewebe in Knochen, dokumentieren die chemischen Signaturen von Fenton-Reaktionen in Zellen und Weichgewebe fossiler Knochen und weisen darauf hin, dass eine solche Konservierung früh in der Diagenese stattfindet und durch oxidierende Ablagerungsbedingungen sowie durch den Schutz durch externe Konkretionen und andere Faktoren erleichtert wird. Darüber hinaus haben die jüngsten Fortschritte bei der Untersuchung archäologischer Knochen eine Reihe von Faktoren identifiziert, die das Überleben eines Knochens und seines Zell- und Weichteilinhalts bis in die Fossilienaufzeichnungen ermöglichen. Trotz dieser Fortschritte gibt es nach wie vor zwei unglückliche Situationen. Zum einen gibt es kaum eine Verbindung zwischen der Literatur über archäologische Knochen und der Literatur über fossile Knochen. Zum anderen werden in der wissenschaftlichen Literatur zahlreiche falsche Vorstellungen über die Erhaltung von Zellen und Weichteilen in fossilen Knochen geäußert, von denen viele auf den Widerstand der Young-Earth-Kreationisten (YEC) gegen die angenommene Rolle der Fenton-Reaktionen zurückzuführen sind. Um diese Probleme zu entschärfen, werden in dieser Übersicht falsche Vorstellungen korrigiert und Studien über archäologische Knochen mit Studien über fossile Knochen verknüpft, um die Mechanismen aufzuklären, durch die Zellen und Weichgewebe in Knochen über Hunderte, dann Tausende und schließlich Millionen von Jahren erhalten bleiben.
Schlüsselwörter: fossiler Knochen; archäologischer Knochen; Weichteile; Osteocyten; Kollagen; Fenton-Reaktion
Translator: Eva Gebauer
Arabic
Translator: Ashraf M.T. Elewa
Polski
Komórki i tkanki miękkie w kopalnej kości: przegląd mechanizmów zachowania, z poprawkami błędnych przekonań
W ciągu ostatnich trzydziestu lat przeprowadzono wiele badań nad zachowaniem komórek i tkanek miękkich w kopalnych kościach. Udokumentowano, że komórki i tkanki miękkie zachowane w kościach kopalnych obejmują osteocyty, chondrocyty, naczynia krwionośne, włókna nerwowe, nerwy i warstwy kolagenu w macierzy kostnej. Ostatnie badania identyfikują reakcje Fentona jako prawdopodobny mechanizm zachowania komórek i tkanek miękkich w kościach, dokumentują sygnatury chemiczne reakcji Fentona w komórkach i tkankach miękkich skamieniałych kości oraz wskazują, że takie zachowanie zachodzi na wczesnym etapie diagenezy i jest ułatwione przez warunki środowiskowe oksydacyjne w czasie depozycji oraz przez ochronę przez zewnętrzne konkrecje i inne czynniki. Ponadto ostatnie postępy w badaniach archeologicznych kości pozwoliły zidentyfikować zestaw czynników, które umożliwiają kości oraz jej komórkom i tkankom miękkim przetrwanie w zapisie kopalnym. Pomimo tych postępów nadal utrzymują się dwie niefortunne sytuacje. Po pierwsze, istnieje niewielki związek między literaturą dotyczącą kości archeologicznych a literaturą dotyczącą kości kopalnych. Po drugie, literatura naukowa wyraża liczne nieporozumienia dotyczące zachowania komórek i tkanek miękkich w skamieniałych kościach, z których wiele ma swoje korzenie w sprzeciwie kreacjonistów młodej Ziemi (YEC) wobec hipotetycznej roli reakcji Fentona. Aby złagodzić te problemy, niniejsza praca koryguje błędne przekonania i łączy badania kości archeologicznych z badaniami kości kopalnych, aby wyjaśnić mechanizmy, dzięki którym komórki i tkanki miękkie są zachowywane w kościach przez setki, potem tysiące, a następnie miliony lat.
Słowa kluczowe: kość kopalna; kość archeologiczna; tkanki miekkie; osteocyty; kolagen; reakcja Fentona
Translator: Krzysztof Stefaniak
Ukrainian
Клітини та м’які тканини у викопній кістці: огляд механізмів збереження з виправленням помилкових уявлень
За останні три десятиліття відбувся сплеск досліджень щодо можливостей збереження клітин і м’яких тканин у викопних кістках. Клітини та м’які тканини, які задокументовано збереглися таким чином, включають остеоцити, хондроцити, кровоносні судини, нервові волокна, нерви та шари колагену в кістковому матриксі. Останні дослідження ідентифікують реакції Фентона як вірогідний механізм збереження клітин і м’яких тканин у кістках, документують хімічні сигнатури цих реакцій у клітинах і м’яких тканинах викопних кісток і вказують на те, що таке збереження відбувається на ранніх стадіях діагенезу і стає можливим завдяки окислювальному середовищу, захищеному зовнішніми конкреціями. Крім того, нещодавні досягнення у вивченні кісток, отриманих у ході археологічних розкопок, визначили набір факторів, які дозволяють кістці та вмісту її клітин і м’яких тканин зберегтися у палеонтологічному літописі. Незважаючи на ці досягнення, два аспекти подібних досліджень залишаються проблематичними. Один із них полягає у тому, що між літературою про археологічну кістку та літературою про викопну кістку є мало зв’язку. Інший полягає в тому, що у науковій літературі висловлюються численні помилкові уявлення щодо збереження клітин і м’яких тканин у викопних кістках, багато з яких ґрунтуються на протидії креаціоністів молодої Землі (YEC) гіпотетичній ролі реакцій Фентона. Щоб пом’якшити ці проблеми, цей огляд виправляє неправильні уявлення та пов’язує дослідження археологічної кістки з дослідженнями викопної кістки, щоб з’ясувати механізми, за допомогою яких клітини та м’які тканини зберігаються в кістках протягом сотень, тисяч і навіть мільйонів років.
Ключові слова: викопна кістка; археологічна кістка; м’яка тканина; остеоцит; колаген; Реакція Фентона.
Translator: Oleksandr Kovalchuk
Chinese
化石骨骼中的细胞和软组织：保存机制回顾及错误观念纠正
在最近的三十年里，对化石骨骼细胞和软组织保存的研究层出不穷。据记载保存在化石骨骼中的细胞和软组织包括骨细胞、软骨细胞、血管、神经纤维、神经和骨基质中的胶原蛋白层。最近的研究确认芬顿反应是骨骼内细胞和软组织的一种合理的保存机制，记录了化石骨骼细胞和软组织中芬顿反应的化学特征，并表明这种保存发生在成岩作用的早期，并通过氧化沉积环境的促进作用并受外部结石和其他因素的保护。此外，考古骨骼研究的最新进展也确定了一系列因素可使骨骼及其细胞和软组织内容物能够在化石记录中保存。尽管取得了这些研究进展，但仍然存在两种不幸的情况。一是考古骨骼文献与化石骨骼文献之间几乎没有联系。另一个是科学文献对化石骨骼中细胞和软组织的保存有许多误解，其中许多误解源于年轻地球创造论者(YEC)反对芬顿反应假说的作用。为了缓解这些问题，本文纠正这些误解，并将考古骨骼研究与化石骨骼研究联系起来，以阐明细胞和软组织在骨骼中保存数百年、数千年、乃至数百万年的机制。
关键词: 化石骨骼; 考古骨骼; 组织; 骨细胞; 胶原; 芬顿反应
Translator: Hongshan Wang
French
In progress
Translator: Denis Audo
Slovak
Bunky a mäkké tkanivá vo fosílnych kostiach: prehľad spôsobov zachovania a oprava mylných predstáv
Zachovaniu buniek a mäkkých tkanív vo fosílnych kostiach sa v odborných štúdiách posledných troch desaťročí venovalo veľa pozornosti. Z buniek a mäkkých tkanív sa vo fosílnych kostiach
zachovávajú osteocyty, chondrocyty, krvné cievy, nervové vlákna, nervy a kolagén v kostnej matrix. Súčasný výskum identifikoval Fentonove reakcie ako možný mechanizmus zachovania buniek a mäkkých tkanív vo fosílnych kostiach a zdokumentoval chemické charakteristiky Fentonových reakcií v bunkách a mäkkých tkanivách fosílnych kostí. Takisto naznačil, že predmetné zachovanie sa vyskytuje počas ranej diagenézy, pričom ho umožňuje oxidácia depozičného prostredia a ochrana prostredníctvom vonkajších konkrécií ako aj iné faktory. Navyše pokrok vo výskume archeologických kostí identifikoval súbor faktorov, ktoré umožňujú zachovanie kosti vo fosílnom stave spolu s jej bunkami a mäkkými tkanivami. Napriek tomu tu máme dve nešťastné okolnosti. Jednou z nich je nedostatočné prepojenie medzi odbornou literatúrou o archeologických kostiach a tou o fosílnych kostiach. Druhou je, že vedecká literatúra prezentuje početné mylné predstavy o zachovaní buniek a mäkkých tkanív vo fosílnej kosti, pričom mnohé majú svoj pôvod v kreacionizme mladej Zeme (young-Earth creationist: YEC) oponujúcom hypotetickej úlohe Fentonových reakcií. Na zmiernenie týchto problémov predkladaná revízia opravuje mylné predstavy a prepája štúdie venujúce sa archeologickým kostiam s tými venujúcimi sa fosílnym, a ozrejmuje mechanizmy, ktorými sa bunky a mäkké tkanivá zachovávajú v kostiach starých stovky, tisíce až milióny rokov.
Kľúčové slová: fosílna kosť; archeologická kosť; mäkké tkanivo; osteocyt; kolagén; Fentonova reakcia
Translator: Matúš Hyžný
Russian
Клетки и мягкие ткани ископаемых костей: Обзор механизмов сохранения с корректировкой неверных заключений
За последние три десятилетия было проведено множество исследований по сохранности клеток и мягких тканей в ископаемых костях. Клетки и мягкие ткани, которые документировано сохранились в ископаемых костях, включают остеоциты, хондроциты, кровеносные сосуды, нервные волокна, нервы и пласты коллагена в костном матриксе. Недавние исследования определяют реакции Фентона как вероятный механизм сохранения клеток и мягких тканей в костях, документируют химические следы реакций Фентона в клетках и мягких тканях ископаемых костей и указывают на то, что их сохранение происходит на ранних стадиях диагенеза, облегчается кислыми условиями и защищается внешними уплотнениями и другими факторами. Кроме того, недавние успехи в изучении археологических костей выявили набор факторов, которые позволяют кости, ее клеткам и мягкому содержимому сохраниться в ископаемой летописи. Несмотря на эти достижения, сохраняются два неприятных обстоятельства. Во-первых, существует мало связи между археологической литературой и литературой об ископаемых костях. Во-вторых, в научной литературе высказывается много неправильных представления о сохранности клеток и мягких тканей в ископаемых костях, многие из которых коренятся в оппозиции младоземельных креационизтов (young-Earth creationist, YEC) предполагаемой роли реакций Фентона. Чтобы облегчить эти проблемы, настоящий обзор корректирует неправильные представления и связывает исследования археологических костей с исследованиями ископаемых костей, чтобы выяснить механизмы, с помощью которых клетки и мягкие ткани сохраняются в костях в течение сотен, затем тысяч, а затем миллионов лет.
Ключевые слова: ископаемые кости; археологические кости; мягкие ткани; остеоциты; коллаген; реакция Фентона
Translator: Leonid Voyta
