Pokud jde o dinosaury, podařily se již paleontologům takové objevy, o nichž jejich kolegové před půl stoletím neměli ani tušení. Ve světle nových nálezů se nyní zdá, že nejsme daleko od chvíle, kdy se podaří téměř zázrak. Díky molekulární dinosaurologii, jsou vědci na stopě zachovalé DNA tyranosaura.
Nejde jen o obrovské množství nových druhů dinosaurů, o důkaz toho, že mnohé jejich čeledi byly opeřené, že do této skupiny patří i ptáci. Dlouhé řetězce nalezených stop nám daly nahlédnout do způsobu jejich života, fosilizované vnitřní části mozkovny umožnily rekonstrukci mozku některých skupin a my jsme díky tomu mohli lépe poznat jejich schopnosti. Paleontologům se podařilo získat i zbytky zkamenělých replik jejich měkkých tkání.
Zdá se vám to téměř nemožné? Máme ještě fantastičtější informaci. Z nitra fosilizované stehenní kosti tyranosaura se podařilo izolovat organickou hmotu, která po 68 milionů let dokázala odolat fosilizačnímu procesu. A to není zdaleka vše. Z této hmoty byly extrahovány fragmenty bílkoviny. Jejím rozborem se podařilo prokázat, že se jedná o dinosauří kolagen. A kterému kolagenu dnes žijících zvířat byl nejpodobnější? Odpověď je jednoznačná – ptačímu.
Poselství Boba rexe
Rok 2000 byl pro paleontologický tým Jacka Hornera z muzea Museum of Rockies v americkém Bozemanu mimořádně úspěšný. V severovýchodní části Montany v oblasti Hell Creek, jednom z posledních rájů velkých neptačích dinosaurů na konci svrchní křídy, se mu podařilo objevit neuvěřitelný počet hned pěti exemplářů masožravého dinosaura druhu Tyrannosaurus rex. Ten nejlépe zachovaný dostal na počest svého objevitele Boba Harmona, hlavního preparátora muzea, přezdívku B. rex – B. jako Bob.
Bylo to jednoho červencového odpoledne, kdy se Bob vydrápal na vrchol menšího srázu, aby si tam chvíli odpočinul a něco pojedl. Když se pak zvedl k odchodu, padl jeho pohled na mnohem vyšší protější svah, který měl původně za zády. Spatřil kost, v níž zkušeným zrakem rozpoznal nártovou kost tyranosaura. Trčela z kolmé stěny na úpatí dvanáctimetrového srázu na míle daleko od nejbližší silnice. V té chvíli ještě nikdo netušil, kam je tato nečekaná návnada zavede.
Následný průzkum této lokality si vyžádal mimořádně náročnou práci všech členů týmu, kteří museli vykopávat kostry z kolmého srázu zavěšeni na lanech. Díky jejich úsilí byl však na konci sezony 2001 nádherně zachovalý exemplář připraven k transportu. Museli však čelit ještě jednomu problému. Sádrový obal, do něhož byly zabaleny kosti i část zeminy, vážil přes půldruhé tuny. To bylo moc i pro helikoptéru. Proto musel být rozdělen na menší celky, přičemž došlo k rozřezání některých kostí, včetně sto sedm centimetrů dlouhé kosti stehenní. A právě toto na první pohled drastické rozhodnutí vedlo jednomu z nejvýznamnějších objevů v historii paleontologie.
Tkáň, která se nikdy neměla zachovat
Při práci s fosiliemi z Hell Creek si povšimla americká paleontoložka, profesorka Mary Schweitzerová, že z kostí vychází zřetelný organický zápach, připomínající rozkládající se tkáň. To ji přivedlo k domněnce, že tyto fosilie neobsahují pouze minerály. Když se o tom zmínila Jacku Hornerovi, potvrdil jí, že všechny kosti z lokality Hell Creek takhle „voní“.
V devadesátých letech dvacátého století pracovala Mary na přípravě paleohistologických preparátů z dinosauřích kostí. Jednou ukázala preparát z kosti tyranosaura jistému patologovi. Ten si jej pečlivě prohlédl a vyřkl neuvěřitelnou větu: „Uvědomuješ si, že v té kosti jsou červené krvinky?“ Mary až zamrazilo. Věděla dobře o tehdy všeobecně rozšířeném tvrzení, že takové struktury se z doby před pětašedesáti miliony let zachovat nemohou. Patolog jí na to s klidem odpověděl: „Dokaž mi, že to nejsou červené krvinky!“ Tak se toto dilema stalo tématem její dizertační práce. V ní podala Mary důkaz, že se opravdu jedná o červené krvinky tyranosaura.
Pružné tyranosauří cévy
Když pak o několik let později Mary otevřela zásilku od Jacka Hornera a vytáhla z ní fragment stehenní kosti nám již známého B. rexe, pochopila velice rychle, že drží v rukou víc než pouhou fosilii. „Byla to holka a byla gravidní!“ vykřikla na svou asistentku Jennifer Wittmeyerovou. To, co měla před sebou, byla morková kost tyranosaura, obsahující zvláštní typ kostní tkáně, rostoucí uvnitř dlouhých kostí ptáků během ovulace jako zásobárna vápníku potřebného pro formování vaječné skořápky. Bylo to poprvé, kdy mohli paleontologové s jistotou určit pohlaví dinosauřího jedince.
Když pak společně se svou asistentkou odleptala její část, spatřila něco, čemu zprvu ani sama nemohla uvěřit – měkké a stále pružné fibrózní struktury, tyranosauří cévy. Uvědomila si, že jestli kdy existovala možnost získání dinosauřích biomolekul a možná i DNA, je tohle ten pravý okamžik.
Tkáně zachránil pískovec
Jack Horner tvrdí, že to jsou právě obrovská velikost kosti a hloubka, v níž byla nalezena (přes osmnáct metrů), které sehrály rozhodující roli v zachování organické složky dinosaura. Podle jeho názoru poskytují velké kosti vnitřní organické hmotě větší ochranu před posmrtnou degradací. Značná mocnost nadložní horniny mohla na druhé straně zabránit dalšímu rozkladu tím, že omezila proudění spodních vod a činnost bakterií. K tomu ještě bylo nutné, aby bylo zvíře záhy po smrti pohřbeno v prostředí, téměř postrádajícím jakýkoliv kyslík. V neposlední řadě sehrál významnou roli také typ horniny, kterou byl v tomto případě pískovec. Během hnilobného procesu, jakkoliv pomalém, se měkká tkáň vlivem degradačních enzymů zkapalňuje. Na rozdíl od jílu je pískovec schopen kapalnou organickou hmotu absorbovat a tím zamezit zadržování hnilobné tekutiny v bezprostřední blízkosti ještě celistvé tkáně. Klíčovým faktorem pro zachování dinosauřích organických složek byl současně i jejich minimální kontakt s vodou. Dehydratace tkáně a okolního sedimentu tak významně napomohla zachování biomelekul. Tato nesmírně vzácná souhra podmínek umožnila to, co bylo ještě před několika lety nepředstavitelné – zachování organických pozůstatků dinosaurů z doby před mnoha desítkami milionů let.
Jak vyždímat z kamene biomolekuly?
Mary Schweitzerová podrobila morkovou kost B. rexe imunohistochemické analýze. Tenké preparáty byly nejdříve odvápněny a pak vystaveny reakci s protilátkou na ptačí kolagen typu I. Tato protilátka byla extrahována z kuřete. Pozitivní imunoreakce ukázala, že tyranosauří kost obsahuje neporušené původní molekuly kolagenu.
Další výzvou bylo určení struktury a pořadí aminokyselin (sekvence) v řetězci dinosauřího kolagenu. Na tomto složitém úkolu spolupracovala Schweitzerová se skupinou Johna Asaru z Harvard Medical School v Bostonu, který měl již v tomto směru velké zkušenosti. Jeho tým dosáhl například úspěchu při izolaci více než sedmdesáti aminokyselinových sekvencí ze vzorků mamuta.
Vzorek kostního extraktu tyranosaura připomíná hnědý krupicový prášek. Nejsložitější částí výzkumu bylo zamezit kontaminaci vzorků bílkovinami pocházejícími z jiných organismů. Po opakované spektrometrické analýze zrekonstruoval Asarův tým sedm fragmentů aminokyselinových sekvencí tyranosaura. Na základě omezených informací, získaných z těchto fragmentů, se ukázalo, že zjištěné pořadí aminokyselin se nejvíce shoduje se sekvencemi známými u ptačího kolagenu. Je škoda, že výsledná odborná publikace postrádá srovnání se sekvencemi kolagenu nějakého plaza, například krokodýla.
Ozývají se hlasy skeptiků
Kritické reakce části odborné veřejnosti na sebe nenechaly dlouho čekat. Někteří kritici si nedovedou představit, že se měkká tkáň může zachovat po tolika milionech let, a domnívají se, že se musí jednat o kontaminaci z vnějšího zdroje. Uvádějí pro to hned několik argumentů. Jiní považují pokusy Schweitzerové za neprůkazné a domnívají se, že stejně náš názor na dinosaury nemohou změnit.
Historie i současnost ukazují, že není snadné prolomit staré předsudky a prosazovat moderní přístupy, ať je to v jakémkoliv vědním oboru. I když opatrnosti není nikdy nazbyt, jde o to, aby kritika nebyla destruktivní. Navíc je pravda, že často není motivována ani tak vědeckými, jako spíš osobními a prestižními důvody. I vědci jsou jen lidé. Na druhé straně konstruktivní argumentace je vždy vítána, neboť přispěla již k rozluštění mnoha vědeckých problémů.
Jurský park – mýtus, nebo skutečnost?
Jack Horner je přesvědčen, že paleontologové přehlédli mnoho podobných organických struktur pod vlivem dříve obecně přijímaného názoru, že fosilizační proces neumožňuje zachování měkkých tkání organismů, žijících před desítkami milionů let. Když jsou však fosilizační podmínky výjimečně vhodné, mohou se degradační poměry lišit od laboratorních předpovědí. Procesy rozkladu tkáně mohou za jistých podmínek produkovat komplexní polymery, které jsou schopny zpomalit destrukci organických molekul, včetně DNA, molekuly života. Jistě se při tom mnohým vybaví vzpomínka na klonování dinosaurů z filmového zpracování Crichtonova románu Jurský park.
Získání DNA je nezbytné pro studium dinosauří genetiky, postačilo by to však pro vytvoření dinosauřího klonu? Jestli kdokoliv jednou izoluje DNA nějakého neptačího dinosaura, půjde s největší pravděpodobností jen o fragmenty této molekuly. Zůstává proto otázkou, jestli budou vědci někdy v budoucnu schopni získat komplexní dinosauří genom. I kdyby se to však podařilo, mezi současnými odborníky panuje skeptická nejistota v tom, zda je jakékoliv dnes žijící zvíře schopné vyprodukovat vajíčko vhodné pro aktivaci dinosauřího geonomu a posléze i udržet vývoj samotného dinosauřího embrya. A i kdyby se to všechno nakrásně podařilo, není jisté, zda bude dnešní atmosféra dýchatelná pro čerstvě vylíhlého dinosaura.
Hledají se další fosilie
Autoři tohoto článku však pochybují, že tyto teoretické překážky zamezí postupné syntéze dvou vzdálených, ne-li v současnosti protilehlých vědních oborů, jakými jsou paleontologie a molekulární biologie. A proto je dnes nesmírně složité spekulovat, čeho bude molekulární paleontologie schopná již v blízké budoucnosti. Co však můžeme pro budoucnost molekulární paleontologie udělat již dnes, je usilovně hledat další fosilie vhodné pro genetické analýzy a pokoušet se izolovat další fragmenty aminokyselinových a také nukleotidových řetězců. Měli bychom si uvědomit, že i mnohé z toho, co se například v devatenáctém století zdálo být utopií, je dnes každodenní realitou.
Po čem pátrá profesorka dinosaurologie?
Mary Schweitzerová je profesorkou na North Carolina University v americkém Raleighu, kde se zabývá molekulární paleontologií. Ve vzorcích zkamenělin starých několik desítek milionů let se pokouší objevit fragmenty biomolekul a pak za pomoci nejmodernější metodiky a technologie určuje jejich složení a identitu. Studuje biochemické procesy a podmínky, za kterých mohlo k výjimečnému zachování měkkých tkání u fosilií dojít. V roce 1997 byla spoluobjevitelkou pozůstatků hemoglobinu v kosti tyranosaura, v roce 1999 publikovala společně se svými kolegy imunohistochemickou analýzu dutých struktur podobných peří, objevených v krční oblasti mongolského teropodního dinosaura Shuvuuia deserti. Prokázala tak, že i tento druh patří do stále rostoucí rodiny opeřených dinosaurů.
Co je to kolagen?
Kolagen je základním stavebním komponentem pojivové tkáně, tj. vaziva, chrupavky a kosti. Tato bílkovina je ve vodě nerozpustná a tvoří součást mezibuněčné hmoty. Vlákna kolagenu jsou ve tkáních uspořádány do svazků nebo řídkých sítí. Vyznačují se ohebností a velkou pevností v tahu. Uvádí se, že jeden krychlový milimetr těchto vláken udrží zátěž kolem padesáti kilogramů. Molekula kolagenu je složena z řetězců aminokyselin, mezi kterými jsou nejvíc zastoupeny glycin, prolin, hydroxyprolin a hydroxylysin. Tyto řetězce tvoří trojitou spirálu, tzv. tropokolagen. V současnosti je známo nejméně 27 rozdílných typů kolagenů, nejrozšířenější je však typ I, který představuje okolo devadesáti procent kolagenu přítomného v kostech, zubech, šlachách a pokožce.
Každou chvíli nový objev
*Výzkum Mary Schweitzerové by někomu mohl připadat jako zcela nový a osamocený. Opak je však pravdou. Již v roce 1976 izoloval tým paleomolekulárního biologa Wernera části aminokyselinové sekvence z měkkýše, žijícího před osmdesáti miliony let.
*O patnáct let později ohlásili Gurley a jeho kolegové, že se jim podařilo izolovat určité řetězce aminokyselin ze sto padesát milionů let starého obrovského sauropodního dinosaura Seismosaurus halli.
*Krátce poté, v roce 1992, oznámila Muyzerova skupina přítomnost bílkoviny osteokalcin v kostech kachnozobého dinosaura rodu Lambeosaurus a rohatého dinosaura rodu Pachyrhinosaurus.
*V roce 1993 bylo jiným americkým týmem ohlášeno sekvencování DNA sto dvacet až sto třicet pět milionů let starého brouka, o něco později (v roce 1995) publikoval tým čínských vědců zprávu, že extrahoval části DNA z dinosauřího vejce.
*I v současnosti pracuje několik vědeckých týmů na izolaci biomolekul z pozůstatků vymřelých, převážně pleistocénních zvířat i předků člověka. Roste i počet skupin, které jsou zacíleny na mnohem starší organismy.
*Paleontologové z University of Chicago zřizují laboratoř, která bude svým odborným programem bude konkurovat výzkumu Mary Schweitzerové.
*Nezahálí ani proslulý paleontolog Bob Bakker, který neúnavně prohledává vzorky dinosauřích kostí v Children´s Museum v Indianapolisu.
*Unikátní nálezy, vhodné pro molekulární analýzu, získal i pracovní tým českého paleontologa Martina Kundráta, který izoloval pozůstatky chrupavky a měkkých tkání embryí dinosaurů.
