Jak svět poznal těhotnou tyranosauřici

…aneb Fantastický výzkum Mary Higby Schweitzerové

O zcela netradiční paleontoložce Mary Higby Schweitzerové již byla na tomto blogu řeč mnohokrát. Vzhledem k tomu, jak fantastický výzkum tato matka tří dětí již téměř dvacet let provádí, si však zaslouží poněkud podrobnější zmínku. Hned na úvod je dobré uvést, že zaměstnankyně Univerzity v Severní Karolíně rozhodně není stoupenkyní vědeckého kreacionismu či dokonce kreacionismu Mladé Země, jak by se někdo mohl domnívat. Je sice silně věřící křesťankou, ale se zcela „otevřenýma očima“ a myslí přístupnou jakémukoliv vědeckému faktu, jak sama uvádí. Výsledkem však je, že na ní a její převratný výzkum pohlížejí s nedůvěrou jak tradiční paleontologové (kterým vadí zejména její poněkud kontroverzní výběr témat vědeckých studií), tak i kreacionisté (kterým zase vadí fakt, že Schweitzerová nepopírá organickou evoluci). Ačkoliv jsou ale závěry vědeckého výzkumu tzv. „dinosauřích měkkých tkání“ velmi neobvyklé a pro „mainstreamovou“ paleontologii poněkud neuchopitelné, jejich originalita a možný dosah přesahuje výrazně samotné obzory geologických věd na počátku 21. století. Samozřejmě přitom nenaznačují, že dinosauři žili před mnohem kratší dobou geologického času nebo že byli dokonce současníky člověka a zahynuli při jakési katastrofické události před nanejvýš několika tisíciletími (jak tvrdily po zveřejnění její zásadní studie  v roce 2005 mnohé kreacionistické weby a blogy) – naopak nasvědčují možnosti, že chemické otisky dávných molekul a delikátní organický materiál v permineralizovaných fosíliích může přetrvat mnohem déle, než si byl donedávna kdokoliv ochoten přiznat. K samotnému objevu těchto pravěkých měkkých tkání došlo vlastně již v 50. letech minulého století, v roce 1968 už pak byly známé stopy po původních proteinech i ve fosíliích některých dinosaurů (Miller a Wyckoff, 1968). Teprve výzkum v 90. letech a následně na počátku našeho století však ukázal možný potenciál tohoto typu paleontologického bádání. A u zdroje těchto nebývalých a dosud silně kontroverzních výzkumů byla právě Mary Schweitzerová.

…

…

Nekonvenční pohled na geologickou minulost má Schweitzerová zřejmě vrozený. když jí bylo pět let, dostala od svého staršího bratra knihu The Enormous Egg („ohromné vejce“) od Olivera Buttlewortha. V tomto dílku z kategorie fantasy je do značné míry proklamováno blízké příbuzenství mezi dinosaury a ptáky, což zaujalo i malou čtenářku. Stala se pak na nějakou dobu klasickou milovnicí dinosaurů dětského věku, ale stejně klasickým způsobem ji tento zájem v průběhu dospívání opustil. Mezitím se dostala k jiným zajímavým činnostem – zejména pak často pracovala s hluchoněmými dětmi a v létě prodávala zábavnou pyrotechniku. Vystudovala také pedagogiku pro osoby se sluchovým postižením (Utažská státní univerzita, 1977). V roce 1989 již jako matka tří dětí a vystudovaná pedagožka z Montanské státní univerzity (1988) oprášila svoji dětskou fascinaci paleontologií. Obrátila se přímo na paleontologa Jacka Hornera s prosbou, zda by nemohla navštěvovat jeho přednášky z paleontologie obratlovců na Montanské státní univerzitě v Bozemanu. A to byl skromný počátek nyní již čtvrt století trvající velmi plodné spolupráce. Sám Horner Schweitzerovou v pozdějších rozhovorech s médii ocenil jako osobu, která vnáší do paleontologie dinosaurů příjemně netradiční pohled. Dle jeho názoru je jen dobře, když někdo přinese do společenstva takřka uniformně myslících vědců nekonformní způsob uvažování. Schweitzerová podle Hornera dokáže jednu důležitou věc, která posouvá tento vědní obor dál – totiž pokládat si neobvyklé otázky. Do světa paleontologie vstoupila na přelomu 80. a 90. let, tedy právě v době, kdy tento vědní obor prožíval významný přerod – z převážně geologické disciplíny se stává vědou do značné míry biologickou. Dinosaury už lze zkoumat také z hlediska projevů jejich chování, struktury jejich kůže (na základě fosilních otisků) nebo dle výlitků mozkoven. Paleontologové konce 20. století zkrátka začínají dinosaury chápat více „trojdimenzionálně“. Schweitzerová mohla konečně otestovat svůj dlouhodobý dojem, že dinosauří fosílie možná nejsou jen mrtvé kusy kamene. Již počátkem 90. let se setkala s něčím, co dodnes neumí vysvětlit. Přesněji řečeno, vymyká se to dokonce i dosavadním poznatkům geologických věd.

Schweitzerová se brzy stala Hornerovou doktorandkou a mezi její první úkoly patřila příprava preparátů tenkých řezů pro podrobný histologický průzkum dinosauřích kostí. Často si přitom všímala, že fosílie staré přes 66 milionů let stále vykazují jakýsi organický pach. Sama to přirovnává k zápachu mrtvol v márnici nebo čerstvých zvířecích mršin. U zkamenělin z obobí pozdní křídy, vykopaných v souvrství Hell Creek jde ovšem o věc nevysvětlitelnou. Jak ale pronesl sám Jack Horner: „Ano, všechny kosti ze souvrství Hell Creek páchnou.“* Ať už to byl jen klamný dojem nebo nikoliv, Schweitzerová byla teprve na počátku svého velmi pozoruhodného bádání. Jednou přinesla kolegyně Schweitzerové své vzorky mikroskopických průřezů stehenní kosti tyranosaura na konferenci mikrobiologů a jistý patolog si je se zájmem prohlížel. Po chvíli pronesl památnou větu: „Všimli jste si, že v té kosti jsou červené krvinky?“ Myslel tím samozřejmě stopy po fosilizovaných sférických strukturách, majících vzhled erytrocytů. Schweitzerová poté pod dohledem Hornera prováděla další výzkum tzv. měkkých tkání a jak sama vzpomíná, „naskakovala jí přitom husí kůže.“ Bylo jí jasné, že nic podobného v tak starých zkamenělinách před ní ještě nikdo nenašel. Horner jí poradil, aby se soustředila na výzkum, spočívající ve snaze najít jiné vysvětlení (falzifikovat původní předpoklad) – kontaminaci recentním organickým materiálem nebo další možné příčiny. Svoje Ph. D. z Montanské státní univerzity (1995) pak získala právě za tento výzkum, který ji zároveň proslavil a učinil terčem útoků z mnoha stran. V roce 1997 publikovala studii, ve které tvrdí, že „všechny údaje podporují závěr, že fosílie T. rexe dosud obsahuje fragmenty molekul původního hemoglobinu. Zdrojem tohoto materiálu je pravděpodobně dávná buňka žijícího dinosaura.“ V roce 2004 pracovala ve své laboratoři na Univerzitě v Severní Karolíně a spolu s kolegyní Jennifer Wittmeyerovou analyzovala fosilizovanou kostní tkáň z femuru tyranosaura. Opět šlo o nádherný exemplář dinosaura ze souvrství Hell Creek ve východní Montaně. Exemplář teropoda druhu Tyrannosaurus rex, známý jako MOR 1125 (nebo B-rex) byl objeven něktejším preparátorem Bobem Harmonem** roku 2000 u přehradní nádrže Fort Peck. Protože se fosilní kostra nacházela na velmi špatně dostupné strmé straně útesu, byla k jejímu transportu použita helikoptéra***. Zhruba 1,5 tunový blok se ale nedal zvednout naráz, a tak muselo dojít k jeho rozlámání na několik kusů. Přitom došlo i k nepříjemné věci – rozlomení více než metrové stehenní kosti tyranosaura na dvě části. A právě to se ukázalo jako velmi šťastný tah pro Schweitzerovou.

Jack Horner jednoduše přinesl kusy zkameněliny do její laboratoře a prohásil: „Podívej se, co s nimi můžeš provést.“ A tehdy čerstvě rozvedená vědkyně skutečně svoji příležitost nepromarnila. V té době se v podstatě protloukala každým dnem a neoplývala žádnými výraznými finančními prostředky, její laboratoř byla strohá a chudá a zastavěná nevybalenými krabicemi. Schweitzerová si vybrala ten největší fragment a pozorně si jej prohlížela. Pak údajně pronesla směrem k asistentce Jennifer Wittmeyerové: „Ach můj bože. Je to holka. A je těhotná!“. Zkušeným okem biologa rozpoznala tzv. medulární kost – typ kostní tkáně bohatý na vápník, který se v dnešní přírodě zakládá pouze u samic ptáků před tvorbou vaječné skořápky. Tkáň byla při bližším pohledu podobná odpovídající tkáni u současných ptáků, například pštrosů. Schweitzerová tak zřejmě poprvé v historii odhalila pohlaví dinosaura, známého podle fragmentárních fosílií (dnes známe medulární tkáň například také u jednoho exempláře jurského teropoda alosaura a křídového ornitopoda tenontosaura). V následujících měsících (počátkem roku 2004) objevila Schweitzerová ještě mnoho dalších pozoruhodných věcí – například údajný původní kolagen z morku kosti, který získala při rozpouštění okolní horniny v kyselinové lázni. Nakonec se přidaly také krevní kapiláry a dokonce i původní kostní buňky osteocyty. Jak sama vědkyně vzpomíná, „Nemohla jsem tomu uvěřit. Ze vzorku krve na poličce už po týdnu nezbyde téměř nic pozoruhodného. Proč by tedy měly být složité krevní struktury dosud přítomny ve fosíliích dinosaurů?“ Stejný problém má i převážná většina vědecké obce, která se k převratným výzkumům Schweitzerové staví se značnou mírou rezervovanosti. Zatímco za běžných podmínek se tzv. měkké tkáně zachovávají řádově od několika týdnů po několik desítek tisíciletí (v ideálních podmínkách), Schweitzerová pracuje s fosíliemi starými od 660 do 800 tisíc století. Tvrdí, že proteiny osteokalcin a hemoglobin jsou přítomny v kostech dinosaura, který – pokud bychom celý lidský život o délce 75 let zkrátili do jednoho dne – by stále žil před téměř 2450 lety. Schweitzerová se po publikaci své studie v roce 2005 dostala do popředí mediálního zájmu. Redaktoři se dle očekávání předháněli ve fantastičnosti článků o „Skutečném Jurském parku“ nebo „Vzorku krve tyranosaura“ a vědkyně se zařadila mezi nejznámější paleontology světa.

…

…

Někteří kolegové spatřují v práci Schweitzerové a jejího stále se rozrůstajícícho týmu úžasný posun v geologických vědách. Objevují se domněnky, že do budoucna bude možné zkoumat dávno vyhynulé archosaury na bázi molekulární biologie a porovnávat jejich fosílie s tkáněmi žijících zvířat (zejména ptáků). Pozitivně se o těchto výzkumech, které Schweitzerová publikuje pravidelně každý rok v posledním desetiletí, zmiňuje například James Farlow z Univerzity v Indianě („Pokud se podobné struktury zachovají ve zkamenělině, pak netušíme, co nás ještě v paleontologii čeká“) nebo Robert T. Bakker z Muzea přírodních věd v Houstonu („Vsadím se, že brzy budou lidé objevovat křídové parazity v křídových kostech“). Výrazně proti je ale řada na slovo vzatých odborníků, například geochemik Jeffrey Bada z oceánografického institutu v San Diegu. Ten tvrdí, že organické molekuly se v žádném případě nemohou zachovat v tak starých zkamenělinách. Dokonce i v sušším a chladnějším klimatu, než jaký panoval v ekosystémech souvrství Hell Creek, dle jeho názoru nemohl organický materiál v kostech uniknout radiaci, zejména pak absorbci uranu a thoria. Všechny biomolekuly tak podle něj musely být už dávno zničeny. Známý genetik a molekulární biolog Hendrik Poinar z Univerzity v Ontariu zase zpochybnil důslednost výzkumu Schweitzerové, která ve snaze zajistit si sponzory publikovala zpočátku poněkud ukvapeně. Následující opakované laboratorní experimenty ale její původní domněnky údajně potvrzují a zopakovat její pozorování se podařilo i několika jiným laboratořím. Nedávno také Schweitzerová vydala studii, ve které se snaží vysvětlit mechanismus, kterým se biomolekuly staré desítky milionů let mohly dochovat do současnosti (za pomoci prvku železa v organických tkáních). Přesto nepřesvědčila převážnou část vědecké obce a bude tak muset ve svých výzkumech s ještě větší intenzitou pokračovat. Jednou z nejčastějších námitek proti jejím závěrům je ta, že se musí jednat o bakteriální biofilm na fosíliích nebo o jiný recentní organický materiál, který se do vzorku náhodně dostal. Ať už tedy vědecký svět akceptuje těhotnou tyranosauřici i samotný výzkum Mary Schweitzerové nebo ne, jedno je jisté: Na počátku 21. století se možná otevírají zcela nové dveře paleontologického výzkumu. Snad tuto nádhernou cestu vpřed nezavře jeden z těch protivných, otravných a kontaminačních faktů, ulpívajících dosud na přístrojích nejedné vědecké laboratoře…

…

* Ačkoliv jsem v roce 2009 v tomto souvrství pracoval, nemohu tento poznatek potvrdit.

** S Harmonem jsem se rovněž setkal v roce 2009 na vykopávkách v okolí Jordanu. Je to charismatický šedesátník s velkou zálibou v tabákových výrobcích a pro ženy atraktivním zjevem stárnoucího kovboje (podoba s Charlesem Bronsonem je poměrně zjevná).

*** Zálibu v helikoptérách má Horner odedávna – ostatně za Vietnamské války údajně sloužil jako pilot zdravotnické helikoptéry, transportující z bojišť raněné.

…

Odkazy:

http://en.wikipedia.org/wiki/Mary_Higby_Schweitzer

www.nbcnews.com/id/7285683/

http://discovermagazine.com/2006/apr/dinosaur-dna

http://www.sciencedaily.com/releases/2005/06/050602173113.htm

http://www.nytimes.com/2007/04/12/science/12cnd-dino.html?_r=0

http://www.pnas.org/content/60/1/176.full.pdf (studie Miller a Wyckoff, 1968)

* Schweitzer, Mary H. (Sep 23, 1993). „Biomolecule Preservation in Tyrannosaurus Rex“. Journal of Vertebrate Paleontology 13: 56A.

* Schweitzer, Mary H.; Wittmeyer, Jennifer L.; Horner, John R. (2007). „Soft tissue and cellular preservation in vertebrate skeletal elements from the Cretaceous to the present“. Proc Biol Sci 274 (1607): 183–97. doi:10.1098/rspb.2006.3705. PMC 1685849. PMID 17148248.

* San Antonio, James D.; Schweitzer, Mary H.; Jensen, Shane T.; Kalluri, Raghu; Buckley, Michael; Orgel, Joseph P. R. O. (2011-06-08). Van Veen, Hendrik W., ed. „Dinosaur Peptides Suggest Mechanisms of Protein Survival“. PLoS ONE 6 (6): e20381. doi:10.1371/journal.pone.0020381. PMC 3110760. PMID 21687667.

* Schweitzer, Mary H.; Zheng, Wenxia; Cleland, Timothy P.; Goodwin, Mark B.; Boatman, Elizabeth; Theil, Elizabeth; A. Marcus7, Matthew; Fakra, Sirine C. (January 2014 (published online November 2013)). „A role for iron and oxygen chemistry in preserving soft tissues, cells and molecules from deep time“. Proc. R. Soc. B. 281 1777 30132741. doi:10.1098/rspb.2013.2741.

…