Můžeme vytvořit Jurský park?

Část 1. Bez jantaru ani ránu.

K tematice slavného románu Michaela Crichtona a následně i filmů Stevena Spielberga a jeho pokračovatelů jsem se na blogu dostal již mnohokrát. Kromě vědeckých chyb ve filmu a celkového přehledu problematiky v podobě její fiktivní historie nebo třeba předloňského zhodnocení Jurského světa jsem se dostal například i k možnostem klonování neptačích dinosaurů. Nyní bych chtěl právě na tuto posledně zmíněnou problematiku opět navázat, protože jde o nesmírně zajímavou a potenciálně důležitou oblast možného budoucího výzkumu. Paleogenetika zrozená zhruba před třemi desetiletími dnes dělá mílové kroky vpřed, a je možné, že v příštích dekádách bude tento obor stát v popředí paleontologického bádání. Ostatně skvěle dochovaných exemplářů pravěkých organismů v jantaru přibývá a objevují se i možnosti jiných genetických manipulací s vyhynulými organismy, které ovšem balancují na hraně etiky. Zde ale nebude řeč o Hornerově bizarním dino-kuřeti ani o průlomech v technologiích využívaných paleontology; zaměříme se opravdu na porovnání původní klasiky (zejména v obou Crichtonových románech a Spielbergových filmech z let 1993 a 1997) a skutečných možností, které v tomto směru máme o dvě desetiletí později. Rád bych na tomto místě připomenul, že mám tuto literární i filmovou klasiku velmi rád a poukazováním na jisté chybky, kterému se v textu bohužel nevyhnu, rozhodně nesleduji jakékoliv záměrné „ubírání na kráse“ tomuto skvělému dílu. Protože jde o téma obsáhlé, rozdělíme si jej na několik částí, přičemž ta první je věnována zdroji potenciálního materiálu pro znovuvytvoření dávno vyhynulých dinosaurů. Zejména se přitom budeme věnovat jantaru.

———

———

Začněme filmovou scénou, kdy je dolován jantar z jeskyní v džunglích Dominikánské republiky. Zde se již skrývá první velký omyl filmařů. Jantarové doly v této zemi jsou skutečně proslulé, ale vypadají úplně jinak. Jsou lokalizovány ve vyšších polohách, obvykle poměrně daleko od říčních koryt, přičemž v okolí najdeme spíše jen nízko rostoucí vegetaci, nikoliv bujnou tropickou džungli. Těžba probíhá spíše v podmínkách povrchových výkopů a k jeskynní scenérii z filmu má skutečně daleko. Největším problémem je ale stáří dominikánského jantaru – tato fosilizací prošlá pryskyřice bobovitých stromů z rodu Hymenaea totiž pochází pouze z oligocénu až miocénu, má tedy stáří jen kolem 25 milionů let![1] Hammond by tedy v tomto případě utrácel ohromné peníze za potenciální zdroj pozdně paleogénní DNA. V tehdejších lesních ekosystémech žilo množství ještěrů, drobných savců a ptáků, členovců a samozřejmě rostlin, neptačí dinosauři už ale tou dobou celých 40 milionů let patřili jen k fosilnímu inventáři dějin života na Zemi. A podobná situace je i s jantarem mexickým a vlastně i s jeho zdroji v celé Střední Americe. Režisér Spielberg chtěl mít těžbu jantaru zasazenou do zajímavé tropické oblasti, ale v tomto případě udělal chybu. Pokud by chtěl skutečně jantar druhohorního stáří, musel by tuto část děje přesadit do New Jersey, Myanmaru, západní Kanady, západní Evropy nebo třeba Libanonu. Jantar s dostatečným stářím byl znám již v době publikování knihy na přelomu 80. a 90. let (například George Poinar Jr. údajně extrahoval DNA z těla brouka starého asi 125 až 135 m. l.)[2], dnes známe dobře zachované fosilie hmyzu dokonce i z jantaru z pozdního triasu o stáří kolem 230 milionů let.[3]

Je ale skutečně alespoň v teoretické rovině se současnými technologiemi a znalostmi (nebo technologiemi a znalostmi blízké budoucnosti) možné přivést druhohorní dinosaury zpět k životu? Opravdu se dají ve fosiliích objevit původní organické molekuly a na jejich základě vytvořit „stavební plán“ pro tvorbu celého dávno vyhynulého organismu? Odpověď je poněkud složitější, ale není to ani jasné „ano“, ani jednoznačné „ne“. Jak ukázaly objevy „ancient DNA“ ve fosiliích mamutů a neandrtálců i stále početnější stopy po původních proteinech v dinosauřích zkamenělinách, až do současnosti se skutečně může dochovat „měkký“ materiál starý desítky tisíc nebo dokonce desítky milionů let. Ale vraťme se k jantaru. Je skutečně možné, že krev sající hmyz (nejspíše ze skupiny dvoukřídlých) mohl být v mnoha případech krátce po svém posledním „obědě“ zachycen čerstvou pryskyřicí některého ze stromů produkujících vhodný druh pryskyřice. Ne každý strom totiž „roní“ ten správný druh „smůly“, která může ve fosilním stavu přečkat miliony let. Pryskyřice je vlastně obranný prostředek, který chrání mechanicky poškozený strom před infekcí v místě poničení kůry a vnějších vrstev. Vzhledem k tomu, že obsahuje množství antibakteriálních látek, prokazuje dobrou službu i paleontologům, kteří ještě po uplynutí geologických věků nacházejí nešťastné tvory lapené v této substanci v takřka dokonalém stavu zachovaní. Po kýženém zalití hmyzu pryskyřice na slunci a větru brzy ztvrdne do podoby substance, vyhlížející jako kus tuhého nažloutlého plastu. Pokud máme štěstí, je ztuhlá pryskyřice (případně již subfosilní kopál) zakryta bahnem či jemným pískem, a tak je zamezeno přístupu kyslíku. V tom případě, pokud máme štěstí, můžeme v ní narazit na velmi dobře zachované jedince bezobratlých nebo dokonce malých obratlovců.

Jinou otázkou je zachování původní DNA.[4] V průběhu fosilizace je zbylá pevná tělesná tkáň (obvykle jen kosti, zuby nebo tělesné pancíře) například v prostředí močálu postupně vyplňována nerozpustnými minerálními látkami v roztocích, které pronikají do pórů a trhlinek v kostech. Atomy křemíku a vápníku pozvolna nahrazují například atomy vodíku, dusíku nebo uhlíku v původní tkáni, přičemž nahrazování organických složek anorganickými je nesmírně dlouhý proces. Trvá přinejmenším tisíce let, než je postupně, doslova atom po atomu, tato změna dokončena. Původní struktura organické hmoty je sice stále zachována, její chemické složení se ale kompletně změní. Kost se jednoduše řečeno promění v kámen, držící poměrně věrně její původní tvar. Tato skutečnost bohužel znamená jednu nepříjemnou věc: obvykle je veškerá DNA, která je samozřejmě součástí organické složky, zcela zničena a genetický kód uhynulého živočicha je tak ztracen. Přesto se objevují domněnky, že zbytky původního organického materiálu mohly v některých výjimečně dobře zachovaných fosiliích přečkat až do současnosti alespoň ve vnitřní části fosilních kostí. Fosilie vzniká jaksi „zvenku dovnitř“, což dává jistou naději, že v některých případech mohlo dojít během diageneze k vytvoření jakési ochranné „přepážkové“ vrstvy, která uchránila vnitřek kosti od úplného zkamenění. S podobnou teorií přišla skupina vědců z Univerzity Brighama Younga v Utahu již roku 1994 a od té doby se několik podobných případů dokonce zopakovalo.[5][6] Nevíme s jistotou, zda jantar skýtá ještě lepší potenciál pro dochování organických molekul, ale nedá se to vyloučit.[7] Na druhou stranu je pravda, že předpokládaná doba rozkladu mitochondriální DNA v kostech při průměrné teplotě -5 °C činí asi 6,83 milionu let, což je pro dochování DNA druhohorních dinosaurů jednoduše příliš málo.[8]

———

———

Hammond by za předpokladu stálého poskytování značných finančních částek skutečně neměl práci se získáním velkého množství druhohorního jantaru z mnoha míst světa, protože jeho těžba je obvykle komerční a probíhá ve velkém měřítku. Miliardář by sice ve většině případů neměl k jantaru dostatečnou dokumentaci (zejména pak v případě materiálu získaného na černém trhu nebo soukromými komerčními sběrateli) a netušil by tak, co by teoreticky mohlo z těchto zásob cenného pravěkého materiálu povstat. To ale v tuto chvíli není podstatné. Dejme tomu, že prostě máme dostatečně velkou a dobře vybavenou laboratoř, a k tomu i zásoby jantaru s fosilním hmyzem. Ve filmu jsme viděli, jak pracovník v laboratoři extrahuje obsah žaludku druhohorního moskyta za pomoci speciální injekční stříkačky, prostrčené vyvrtaným otvorem. To je ale velmi nedomyšlený postup. V jantaru nalezneme – bez ohledu na to, jak průhledný a čirý se zdá být – velké množství mikroskopických kousků organismů, pylových zrn, drobných červů, fragmentů rostlinné tkáně apod. Špička jehly by tedy při podobném úkonu nejspíš nabrala i velké množství nechtěné DNA nebo jiné organické hmoty, pokud by taková byla ve vzorku přítomna. Ostatně i potenciální DNA dinosaura ve hmyzím žaludku by byla dosažena až po penetraci hmyzí pokožky a svalové tkáně. Každopádně bychom museli dodržovat extrémně přísné pracovní podmínky, aby nedošlo ke kontaminaci recentní DNA, zejména pak tou naší. Komplexní využití sterilizačních činidel a ultrafialového záření by bylo v průběhu tohoto procesu nezbytností. Najít neporušené fragmenty dinosauří DNA by ale bylo téměř nemožné – tato biologická makromolekula by se v trávicím traktu moskyta velmi rychle rozkládala a je otázkou, zda by z ní i při hodně rychlém polapení hmyzu pryskyřicí ještě vůbec něco zůstalo.

Nejlepším způsobem, jak se dostat k uvězněnému fosilnímu hmyzu je opatrné rozříznutí jantaru malou laboratorní kotoučovou pilou. Podstatné je přitom neustále pracovat v maximálně sterilním prostředí. Jakmile se k hmyzímu tělíčku dostanete, je třeba je opatrně rozdělit na několik částí, které rychle uzavřete do předem připravených a označených zkumavek. Je možné, že materiál se po prvním vystavení atmosféře po desítkách milionů let okamžitě rozpadne na prach, v ideálním případě ale zbude dostatek vzorků pro uložení do několika zkumavek. Drobné tělíčko je v jantaru (na rozdíl od případu mumifikace, tedy uchování za pomoci vysušení) velmi dobře zachováno i na povrchu, protože lehčí a více fluidní chemické složky pryskyřice snadno proniknou do tělesných pórů a relativně rychle je vyplní, což se projeví jako efekt jakéhosi přirozeného „nabalzamování“. Výsledkem je již mnohokrát zmíněný vysoký stupeň zachování měkkých tkání i povrchové části těla lapeného hmyzu či jiných organismů. A jaký by měl být ve zkratce další laboratorní postup? Následuje teoretické proniknutí buněčnou stěnou ve vzorku, extrahování potenciálních fragmentů DNA a následné využití metody polymerázové řetězové reakce k namnožení vzorků DNA. Ve skutečnosti jsou i tyto procedury velmi komplexní a složité a vyžadují využití mnoha speciálních látek (fenol, roztok chloridu cesného ad.) i technologií (rukavicové boxy, odstředivky, termocyklery apod.). I kdybyste v tomto ohledu uspěli a nakonec měli k dispozici skutečnou DNA dinosaura – což je v současnosti stále velmi nepravděpodobné – je to teprve začátek vašich potíží při pokusu o vytvoření živého neptačího dinosaura…(pokračování v dalším příspěvku)

———

Literatura:

DeSalle, R., Lindley D. (1997). The Science of Jurassic Park and the Lost World, Basic Books/HarperPerrenial, New York.

Poinar, George Jr. and Poinar, Roberta (2008). What Bugged the Dinosaurs?: Insects, Disease, and Death in the Cretaceous. Princeton University Press.

———

[1] George Poinar, Jr. and Roberta Poinar, 1999. The Amber Forest: A Reconstruction of a Vanished World, (Princeton University Press) ISBN 0-691-02888-5

[2] http://www.nature.com/nature/journal/v363/n6429/abs/363536a0.html

[3] http://www.livescience.com/22725-ancient-mite-trapped-amber.html

[4] Deoxyribonukleová kyselina je nositelkou dědičné informace u drtivé většiny organismů. Ve své struktuře kóduje a buňkám zadává program, podle kterého pak probíhá individuální vývoj, a stanovují se jednotlivé vlastnosti daného organismu. Dinosauři byli tvořeni prakticky stejnými látkami a sloučeninami, které tvoří i naše těla (bílkoviny, cukry, tuky, uhlovodany, voda, železo, vápník apod.), ty byly ale při stavbě organismu využity jiným způsobem, než u nás. Právě chybějící „návod“ na stavbu těla dinosaura nám má poskytnout jejich pravěká DNA, pokud se ovšem takovou v její fragmentární podobě někdy podaří objevit.

[5] Woodward S. R., Weyand N. J., Bunnell M. (1994). DNA sequence from Cretaceous period bone fragments. Science. 1994 Nov. 18; 266(5188):1229-32.

[6] Hedges S. B., Schweitzer M. H. (1995). Detecting dinosaur DNA. Science. 1995 May 26; 268(5214):1191-2.

[7] Poinar, George Jr. and Poinar, Roberta (2008). What Bugged the Dinosaurs?: Insects, Disease, and Death in the Cretaceous. Princeton University Press.

[8] Allentoft ME; Collins M; Harker D; Haile J; Oskam CL; Hale ML; Campos PF; Samaniego JA; Gilbert MTP; Willerslev E; Zhang G; Scofield RP; Holdaway RN; Bunce M (2012). „The half-life of DNA in bone: measuring decay kinetics in 158 dated fossils“. Proceedings of the Royal Society B. 279 (1748): 4724–33. doi:10.1098/rspb.2012.1745

———