Stopy po DNA v chrupavce dinosauřího mláděte

…aneb Fantastický objev potenciální křídové molekuly dědičnosti

V roce 2021 rozvířilo vlnu zájmu odborné i laické veřejnosti publikování objevu možných organických pozůstatků, tedy biomolekul a „měkkých tkání“ ve 125 milionů let staré fosilii oviraptorosaurního dinosaura druhu Caudipteryx zoui.[1] Tento čínský exemplář teropoda se stal jakousi hlavní hvězdou médií v rubrikách spojených s paleontologií, znovu se také začalo poněkud odvážně mluvit o možnostech klonování a potenciální budoucí realizaci Jurského parku. Ve světle tohoto nepochybně velmi zajímavého výzkumu však trochu zanikla další stejně fascinující studie, která byla publikována jen o jeden „kovidový“ rok dříve, tedy v roce 2020. V lednu tohoto roku byla v periodiku National Science Review publikována práce Alidy M. Bailleulové a jejích kolegů, mezi nimiž nechyběla ani nám dobře známá Mary H. Schweitzerová, ve které je pojednáno o možném objevu morfologických mikrostruktur podobných jádrům buněk s chromozomy ve fosilní chrupavce z lebky mláděte kachnozobého dinosaura druhu Hypacrosaurus stebingeri.[2] O tomto zhruba 75 milionů let starém hadrosauridovi už byla na tomto blogu řeč, jedná se o významný druh z hlediska objevu hnízdních kolonií, potvrzujících složité reprodukční chování a péči o mláďata u kachnozobých dinosaurů (podobně jako u druhu Maiasaura peeblesorum).[3] Fosilie těchto dinosaurů (včetně zkoumaného exempláře) byly objeveny v 80. letech minulého století na severu Montany v sedimentech geologického souvrství Two Medicine (lokalita TM-066), dnes sbírkové označení MOR 548 (uloženy v instituci Museum of the Rockies, Bozeman, Montana).[4] Z původních nálezů bylo pro zmíněný výzkum využito několik kostí končetin a lebečních fragmentů malých mláďat s úvodním záměrem osvětlit průběh ontogeneze (individuálního růstu) a rozlišit jednotlivé druhy chrupavčité tkáně. Kalcifikovaná chrupavka ve svrchní kosti týlní (os supraoccipitale) byla natolik dobře zachovaná, že na příčném průřezu bylo možné snadno odlišit kost od chrupavky v mikroskopickém měřítku rozborem související tkáně. To nejzajímavější ale vyplynulo až z dalšího průběhu výzkumu, kdy se opět potvrdilo, že ani desítky milionů let staré zkameněliny opravdu nejsou vždy jen zcela „mrtvými“ kameny bez jakýchkoliv stop po původním organickém materiálu.

———

———

Tyto objevy poněkud odporují zjištění, publikovanému v roce 2012, kdy vyšla odborná práce postulující maximální věk DNA v trvání 6,8 milionu let.[5] Autoři práce se tehdy zaměřili na DNA vyhynulého ptáka Moa, přičemž zjistili, že DNA degraduje a rozpadá se takovou rychlostí, že každých 521 let je původní objem genetického materiálu poloviční. Molekula dědičnosti se začíná rozpadat ihned po smrti svého nositele a paleontologové mohou doufat v získání rozeznatelné sekvence DNA nanejvýš v materiálu starém zmíněných 6,8 milionu let – což je doba téměř přesně desetkrát kratší, než doba od vyhynutí neptačích dinosaurů na konci druhohorní křídy.[6] Přesto začátkem roku 2020 vědkyně Alida M. Bailleulová z Institutu vertebrátní paleontologie a paleoantropologie Čínské akademie věd oznámila, že v chrupavce hypakrosauřího mláděte objevila se svým týmem nejen doklady o přítomnosti původních proteinů a buněk vytvářejících chrupavčitou tkáň (chondrocytů), ale hlavně chemickou signaturu plně konzistentní s DNA. Ačkoliv se prakticky ihned vyrojilo množství pochybovačů a výzkum byl napaden jako nevěrohodný (například s poukazem na možnou kontaminaci recentním genetickým materiálem)[7], dnes už máme k dispozici množství dalších indikátorů, které naznačují, že se nejspíš skutečně jedná o pradávné organické molekuly původní pro organismus kachnozobého dinosaura. Pokud se tento i další podobné objevy v budoucnu potvrdí a ještě lépe zmapují, pak se paleontologii otevře zcela nový svět biologických informací o pravěkých organismech, do kterého teprve skromně začínáme nahlížet. Takové informace by nám umožnily revidovat celé vývojové stromy, lépe posoudit příbuznost mnoha pravěkých druhů a třeba i zjistit více o podmíněnosti a variacích v barvě, velikosti nebo jiných anatomických znacích dotyčného živočicha. Zní to přímo fantasticky, ale je potřeba si uvědomit jasné limity těchto možností. Dostupné pozůstatky dávného genetického kódu se kvalitou ani neblíží těm z Jurského parku. V každém případě se jedná přinejlepším o degradované pozůstatky genů, které nebudeme schopni „přečíst“ – nejedná se o dobře identifikovatelné části sekvence, ale spíše o její rozbité molekulární trosky. Přesto by se jednalo o zdaleka nejstarší příklad degradovaného genetického materiálu, a to o celé desítky milionů let.[8]

———

———

Nedávný výzkum, publikovaný rovněž v roce 2020, však ukázal potenciální komplikaci v případě nekritického přijímání všech podobných informací. Údajné měkké tkáně a biomolekuly v kosti rohatého dinosaura rodu Centrosaurus se totiž ukázaly být recentním společenstvím bakterií, uzpůsobeným životu ve fosilii. Původní zpráva o objevu DNA dinosaura tak musela být přehodnocena s tím, že se ve skutečnosti jedná o DNA mikrobů, vytvářejících společenstvo právě v dinosauří fosilii.[9] Toto zjištění sice nevylučuje možnost, že i v této (natožpak jiných) fosiliích mohou být skutečné stopy po původních biomolekulách, je ale potřeba hodnotit tyto informace velmi obezřetně – ukazuje se totiž, že kolonie bakterií mohou ve zkamenělinách za určitých podmínek vytvářet unikátní mikrobiomy. Sama Bailleulová konstatuje, že jsme teprve na začátku podobných výzkumů a musíme se toho dozvědět mnohem víc, abychom mohli s větší mírou jistoty podobné objevy hodnotit. Chrupavka hypakrosaura by ale měla být před možným budoucím přehodnocením v bezpečí – je totiž velmi nepravděpodobné, že by bakterie dokázaly infiltrovat buňky chrupavky dinosaura a tam se změnit natolik, až by přesně imitovaly vzhled jádra této buňky. Imitace buněčné organely by v tomto případě musela být tak dokonalá, aby zmátla i zkušené mikrobiology. Ale i kdyby se nakonec stopy po dávné DNA ukázaly jako krok vedle, podobné výzkumy mají přesto svůj význam a jsou velmi užitečné. Je nezbytné lépe pochopit interakci mezi mikroorganismy a mrtvým tělem, jejich vliv na tafonomické procesy a jejich úlohu při samotné fosilizaci kosterního a dalšího biologického materiálu. Bakteriální společenstva mají totiž pravděpodobně významnou úlohu pro uchování kosterního materiálu a při nahrazování kostní hmoty minerálními roztoky. Ačkoliv se přitom jedná o zásadní procesy pro celou paleontologii, o detailním průběhu těchto pochodů na mikroskopické úrovni zatím víme jen velmi málo.[10] To by se ale již v blízké budoucnosti mohlo změnit, což dokazuje i množství dalších podobných prací, které se stále častěji objevují i v souvislosti s významnými paleontologickými objevy.[11] Nejspíš se tedy máme na co těšit, možná už je v dohledu další vědecká revoluce, která nám připomene slavnou dobu Dinosauří renesance, odehrávající se zhruba před půl stoletím.

———

———

Short Summary in English: Study published in 2020 demonstrates another level of preservation of “ancient soft tissues and biomolecules”. A histological ground-section from a duck-billed dinosaur nestling of the species Hypacrosaurus stebingeri revealed microstructures morphologically consistent with nuclei and chromosomes in cells within calcified cartilage. This research demonstrates the possibility of preservation of DNA remnants for over 70 million years of geologic time.

———

Odkazy:

https://www.nationalgeographic.com/science/article/hints-of-dna-discovered-in-a-dinosaur-fossil

https://www.scientificamerican.com/article/possible-dinosaur-dna-has-been-found/

https://www.sciencealert.com/how-much-genetic-information-can-we-get-out-of-ancient-bones

https://www.livescience.com/dinosaur-dna-fossils.html

https://www.smithsonianmag.com/smart-news/skepticism-new-research-finds-signs-dna-dinosaur-fossil-180974353/

———

[1] Zheng, X.; Bailleul, A. M.; Li, Z.; Zhou, Z. (2021). Nuclear preservation in the cartilage of the Jehol dinosaur Caudipteryx. Communications Biology. 4 (1125).

[2] Bailleul, A. M.; et al. (2020). Evidence of proteins, chromosomes and chemical markers of DNA in exceptionally preserved dinosaur cartilage. National Science Review. 7 (4): 815−822.

[3] Arbour, V. M.; Burns, M. E.; Sissons, R. L. (2009). A redescription of the ankylosaurid dinosaur Dyoplosaurus acutosquameus Parks, 1924 (Ornithischia: Ankylosauria) and a revision of the genus. Journal of Vertebrate Paleontology. 29 (4): 1117–1135.

[4] Horner, J. R.; Currie, P. J. (1994). Embryonic and neonatal morphology and ontogeny of a new species of Hypacrosaurus (Ornithischia, Lambeosauridae) from Montana and Alberta. In Carpenter, Kenneth; Hirsch, Karl F.; Horner John R. (eds.). Dinosaur Eggs and Babies. Cambridge: Cambridge University Press. pp. 312–336.

[5] Allentoft, M. E.; et al. (2012). The half-life of DNA in bone: measuring decay kinetics in 158 dated fossils. Proceedings. Biological Sciences. 279 (1748): 4724–33.

[6] Renne, P.; et al. (2013). Time Scales of Critical Events Around the Cretaceous-Paleogene Boundary. Science. 339 (6120): 684–7.

[7] Peterson, J. E.; Lenczewski, M. E.; Reed, P. S. (2010). Stepanova, A. (ed.). Influence of Microbial Biofilms on the Preservation of Primary Soft Tissue in Fossil and Extant Archosaurs. PLOS ONE. 5 (10): 13A.

[8] Schweitzer, M. H.; et al. (2014). A role for iron and oxygen chemistry in preserving soft tissues, cells and molecules from deep time. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. 281 (1775): 20132741.

[9] Liang, R.; et al. (2020). Genome-centric resolution of novel microbial lineages in an excavated Centrosaurus dinosaur fossil bone from the Late Cretaceous of North America. Environmental Microbiome. 15 (8).

[10] Ullmann, P. V.; et al. (2021). Taphonomic and Diagenetic Pathways to Protein Preservation, Part I: The Case of Tyrannosaurus rex Specimen MOR 1125. Biology. 10 (11): 1193.

[11] Anné, J.; et al. (2023). Independent Evidence for the Preservation of Endogenous Bone Biochemistry in a Specimen of Tyrannosaurus rex. Biology. 12 (2): 264.

———