Krále dinosaurů trápil zánět kostní dřeně

…aneb Co nám o tyranosaurovi prozradila paleopatologie

O tom, že extrémně populárního zástupce teropodních dinosaurů[1], formálně popsaného před 115 lety pod vědeckým jménem Tyrannosaurus rex, trápilo množství různých chorob, už paleontologové vědí dlouhou dobu[2]. Mimo jiné vědci v roce 2009 identifikovali u obřího exempláře „Sue“ možné příznaky infekční choroby, potenciálně způsobené parazitickými prvoky, snad příbuznými dnešní bičence drůbeží.[3] Předpokládáme také, že tyranosauři byli občasní kanibalové a utkávali se v agresivních teritoriálních soubojích, přičemž se jejich vzájemným kousáním tyto nakažlivé choroby mohly rychle šířit napříč tyranosauří populací.[4] U fosilních exemplářů tyranosaura byly mimochodem objeveny také možné pozůstatky původních proteinů[5] a medulární kostní tkáně (naznačující, že se možná u dotyčného jedince jednalo o gravidní samici)[6]. Výčet zjištěných kostních chorob u „krále dinosaurů“ by byl nicméně ještě podstatně delší. Nově se k němu přidává i potvrzená diagnóza chronické osteomyelitidy, infekční choroby kostní tkáně, stanovené novou studií jako nejpravděpodobnější příčina patologií na fosilních kostech populární „Sue“.[7] Osteomyelitida byla nyní prokázána právě u tohoto obřího a slavného jedince tyranosaura, objeveného na území Jižní Dakoty v roce 1990.[8] Jedním z výsledků nového výzkumu je také zajímavý údaj o stáří tohoto tyranosauřího kmeta – zatímco v roce 2004 bylo odhadnuto, že „Sue“ zahynula ve svých 28 nebo 29 letech[9], nyní se autoři nové odborné práce přiklánějí k aktualizovanému odhadu až 33 let.[10] Tento slavný exemplář druhu T. rex tedy možná zahynul právě ve svých „Kristových letech“. Kromě toho bylo také zjištěno, že plné velikosti dosáhl již o celé desetiletí dříve, tedy kolem 20. roku svého života. Podstatnější je ale celkový přínos nové studie, která přichází s novým a velmi úspěšným způsobem diagnostikování kostních patologií a chorob u vyhynulých obratlovců. Vědci využili metodu výkonné počítačové tomografie pro detailní výzkum anatomických abnormalit na fosilních kostech a zkombinovali informace získané z této metody s výsledky EPB (Extant Phylogenetic Bracketing – fylogenetické ohraničování podle dosud existujících druhů).[11]

———

———

Výsledkem je velmi pravděpodobná diagnóza nemoci u daného fosilního organismu. Je logické, že právě v posledních letech přibývá podobných hloubkových diagnóz nemocí a kostních patologií u vyhynulých obratlovců – umožňují je nové metody a technologie, které dřívějším generacím paleontologů nebyly dostupné.[12] V nové studii je hlavním předmětem zájmu již zmíněný obří exemplář tyranosaura „Sue“, konkrétně pak jeho patologie na levé lýtkové kosti a dvojici ocasních obratlů. Exemplář FMNH PR 2081 už byl samozřejmě v tomto směru zkoumán i dříve, vždy ale pouze na základě celkové morfologie patologické oblasti, případně pak vizuální morfologie v kombinaci s počítačovou tomografií.[13] Fylogenetické postavení druhu Tyrannosaurus rex přitom nebylo bráno v úvahu. Zkoumaná lýtková kost je dlouhá 104 cm a „zduření“ tkáně je na ní velmi nápadné již letmým pohledem. V případě ocasních obratlů C26 a C27 je evidentní patologický srůst těl obratlů i jejich hemálních oblouků (kostních výběžků na ventrální straně těchto obratlů), samotné obratle nicméně nejsou výrazně tvarově ani strukturálně deformované. Hmota novotvaru mezi oběma obratli je dlouhá 14,5 a široká 19,8 cm. Co nového ale přinesl aktuální výzkum? Z fylogenetické perspektivy je třeba posoudit charakter těchto patologií zejména s využitím znalostí o chorobách současných ptáků. V rámci takto získaných informací a vzhledem k vysoce kvalitním obrazům z počítačové tomografie bylo zjištěno, že se v případě kostí „Sue“ téměř s jistotou nejedná o osteosarkom (napadá kostní tkáň) ani chodrosarkom (napadá chrupavčitou tkáň). Spíše než o novotvary se tak s přihlédnutím k výskytu podobných chorob v ptačích populacích mělo jednat o následek bakteriální infekce.[14] Jako nejpravděpodobnější diagnóza pro 67 milionů let starého obřího teropoda pak autorům práce vyšla právě osteomyelitida. Co se týče neptačích dinosaurů obecně, jejich zdaleka nejčastějšími patologiemi jsou následky zranění v podobě fraktur a dislokací.[15] Existují nicméně také doklady o metabolických kostních onemocněních, jako je dna[16] nebo Pagetova nemoc[17].

———

———

U mnoha dinosauřích fosilií byly také objeveny stopy po kostních tumorech, a to jak u ptakopánvých (zejména hadrosauroidní ornitopodi)[18], tak i u plazopánvých (potvrzeny přinejmenším u jednoho titanosaurního sauropoda, objeveného na území Brazílie)[19]. Druhohorní dinosauři ostatně nejsou v takto orientovaném výzkumu ani zdaleka nejstarším známým případem – zánět kostní dřeně (osteomyelitida) byl totiž zjištěn i ve spodní čelisti pozdně prvohorního anapsidního plaza rodu Labidosaurus.[20] Tento permský zástupce kladu Eureptilia žil v době před zhruba 275 miliony let a předcházel tedy vzniku prvních dinosaurů nejméně o 30 milionů let. Komplexní paleopatologický přístup každopádně umožňuje dozvědět se víc o životě druhu Tyrannosaurus rex i dalších druhohorních dinosaurů, kteří teprve budou předmětem podobného detailního výzkumu. Diagnostika kombinující moderní metody zobrazování a fylogenetického přístupu dokáže poskytnout dosud nejpravděpodobnější výsledek „chorobopisu“, jaký můžeme na základě takto starých fosilií s podstatně omezenou výpovědní hodnotou získat. „Sue“ téměř s jistotou trpěla posledních deset let svého života chronickou osteomyelitidou, způsobenou bakteriální infekcí v její kosti lýtkové a dvou ocasních obratlích. V tomto ohledu ale zdaleka nebyla jediná, a to ani v rámci vlastního druhu. Podobný problém měl například i další gigantický exemplář „Scotty“ (sbírkové označení RSM P2523.8) z kanadského Saskatchewanu, jehož patologie (nárůsty a deformace) na ocasních obratlích jsou právě nyní zkoumány.[21] Jak se tedy ukazuje, ani více než osmitunoví draví obři nebyli rozhodně imunní vůči bakteriím a dalším mikroskopickým patogenům. Tyrannosaurus rex byl možná pomyslným králem všech dravých dinosaurů i svých ekosystémů, jeho organismus byl ale zkoušen stejně těžce, jako organismus dnešních divoce žijících živočichů. Co asi ještě v budoucnu zjistíme o dalších kosterními patologiemi zasažených tyranosaurech i zástupcích jiných, podobně postižených, dinosauřích druhů?

———

———

Short English Summary: New research using comprehensive diagnostic approach that combines phylogenetic disease bracketing and CT imaging revealed osteomyelitis in perhaps the most famous giant specimen of Tyrannosaurus rex (FMNH PR 2081, known as „Sue“).

———

Odkazy:

https://en.wikipedia.org/wiki/Sue_(dinosaur)

https://www.fieldmuseum.org/blog/sue-t-rex#index

http://www.bhigr.com/pages/info/info_sue.htm

https://www.livescience.com/sue-t-rex-terrible-teeth.html

https://www.nature.com/articles/s41598-020-75731-0

———

[1] Brusatte, S. L.; et al. (2010). Tyrannosaur paleobiology: New research on ancient exemplar organisms. Science 329: 1481–1485. doi: 10.1126/science.1193304

[2] Brochu, C. A. (2003). Osteology of Tyrannosaurus rex: insights from a nearly complete skeleton and high-resolution computed tomographic analysis of the skull. Journal of Vertebrate Paleontology. 22: 1–138. doi: 10.1080/02724634.2003.10010947

[3] Wolff, E. D. S., Salisbury, S. W., Horner, J. R. & Varricchio, D. J. (2009). Common Avian infection plagued the tyrant dinosaurs. PLoS ONE. doi: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0007288

[4] Tanke, D. H. & Currie, P. J. (2000). Head-biting behavior in theropod dinosaurs: paleopathological evidence. Gaia. 15: 167–184.

[5] Elizabeth M. Boatman, Mark B. Goodwin, Hoi-Ying N. Holman, Sirine Fakra, Wenxia Zheng, Ronald Gronsky & Mary H. Schweitzer (2019). Mechanisms of soft tissue and protein preservation in Tyrannosaurus rex. Scientific Reports. 9: 15678. doi: https://doi.org/10.1038/s41598-019-51680-1

[6] Mary Higby Schweitzer, Jennifer L. Wittmeyer and John R. Horner (2007). Soft tissue and cellular preservation in vertebrate skeletal elements from the Cretaceous to the present. Proceedings of the Royal Society of London B — Biological Sciences. 274(1607): 183–197.

[7] Hamm, C. A.; Hampe, O.; Schwarz, D.; et al. (2020). A comprehensive diagnostic approach combining phylogenetic disease bracketing and CT imaging reveals osteomyelitis in a Tyrannosaurus rex. Scientific Reports. 10: 18897. doi: https://doi.org/10.1038/s41598-020-75731-0

[8] Elizabeth D. Jones (2020). Assumptions of authority: the story of Sue the T-rex and controversy over access to fossils. History and Philosophy of the Life Sciences. 42: 2. doi: https://doi.org/10.1007/s40656-019-0288-4

[9] Erickson, Gregory M.; et al. (2004). Gigantism and comparative life-history parameters of tyrannosaurid dinosaurs. Nature. 430 (7001): 772–775. doi: 10.1038/nature02699

[10] Cullen, Thomas M.; et al. (2020). Osteohistological analyses reveal diverse strategies of theropod dinosaur body-size evolution. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. 287(1939): 20202258. doi: https://doi.org/10.1098/rspb.2020.2258

[11] Witmer, L. M. (1995). The extant phylogenetic bracket and the importance of reconstructing soft tissues in fossils. Functional Morphology in Vertebrate Paleontology. 1: 19–33.

[12] Rothschild, B. M. & Tanke, D. (1992). Paleopathology of vertebrates: Insights to lifestyle and health in the geological record. Geoscience Canada. 19: 73–82.

[13] Anshuman J. Das; Denise C. Murmann; Kenneth Cohrn; Ramesh Raskar (2017). A method for rapid 3D scanning and replication of large paleontological specimens. PLoS ONE. 12(7): e0179264. doi: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0179264

[14] Rothschild, B. M.; Panza, R. K. (2005). Epidemiologic assessment of trauma-independent skeletal pathology in non-passerine birds from museum collections. Avian Pathology. 34(3): 212–219. doi: https://doi.org/10.1080/03079450500096455

[15] Foth, C.; et al. (2015). New insights into the lifestyle of Allosaurus (Dinosauria: Theropoda) based on another specimen with multiple pathologies. PeerJ. 3: e940. doi: https://doi.org/10.7717/peerj.940

[16] Bell, P. R.; Rothschild, B. M.; Tanke, D. H. (2011). First report of gout in an ornithomimid (Dinosauria: Theropoda) from the Horseshoe Canyon Formation, Alberta. New Mexico Museum of Natural History and Science Bulletin. 53: 166–168.

[17] Witzmann, F.; et al. (2011). Paget disease of bone in a Jurassic dinosaur. Current Biology. 21(17): R647–R648. doi: https://doi.org/10.1016/j.cub.2011.08.006

[18] Dumbrava, M. D.; et al. (2016). A dinosaurian facial deformity and the first occurrence of ameloblastoma in the fossil record. Scientific Reports. 6: 29271. https://doi.org/10.1038/srep29271

[19] Barbosa, F. H. S.; Pereira, P. V.; Bergqvist, L. P.; Rothschild, B. M. (2016). Multiple neoplasms in a single sauropod dinosaur from the Upper Cretaceous of Brazil. Cretaceous Research. 62: 13–17. doi: https://doi.org/10.1016/j.cretres.2016.01.010

[20] Reisz, R. R.; Scott, D. M.; Pynn, B. R.; Modesto, S. P. (2011). Osteomyelitis in a Paleozoic reptile: ancient evidence for bacterial infection and its evolutionary significance. Naturwissenschaften. 98: 551–555. doi: https://doi.org/10.1007/s00114-011-0792-1

[21] Persons, W. S. IV.; Currie, P. J.; Erickson, G. M. (2020). An older and exceptionally large adult specimen of Tyrannosaurus rex. Anatomical Record. 303: 656–672. doi: 10.1002/ar.24118

———