Jurský park pohledem biologie

…aneb Ještě jednou o legendě z hlediska současné vědy

Letos v červnu uplynulo již neuvěřitelných 32 let od premiéry Spielbergova filmu Jurský park a jeho uvedení do kin po celém světě (u nás byl film uveden až v říjnu roku 1993). V průběhu letos již dvacetileté historie mého „dinosauřího“ blogu jsem o tomto filmu vcelku pochopitelně publikoval značné množství článků, a to jak o stěžejní myšlence samotného filmu, tak i o jeho vědecké správnosti a v neposlední řadě také o potenciálních možnostech jeho budoucího vytvoření. Jistým malým impulzem k sepsání tohoto dalšího článku bylo i náhodné zhlédnutí snímku na jedné „nejmeNOVAné“ televizní stanici před pár dny. Není jistě třeba dodávat, že právě Jurský park patří k mým nejoblíbenějším filmům vůbec, a to již od mých nezralých 11 let, kdy jsem jej v královéhradeckém kině Centrál viděl dne 14. října 1993 poprvé. Jak se ale změnil pohled na možnosti klonování dinosaurů a dalších futuristických konceptů v původním snímku v průběhu posledních desetiletí? Jsme už dnes díky pokroku ve vědě a technice přece jenom blíže k vyřešení některých dílčích problémů, bránících nám v potenciálním naklonování dinosaurů a vytvoření skutečného parku s oživenými pravěkými tvory? Bude to vůbec někdy v budoucnu možné? Nebo se jedná o zcela nesplnitelný sen? A hlavně – co dělali genetičtí inženýři ve filmu špatně z hlediska současných poznatků z různých oborů biologie? Pojďme se na tuto problematiku podívat blíže.

———

———

Asi nikoho nepřekvapí, že pokroky z hlediska izolování a extrakce genetické informace různých organismů jsou značné a od roku 1993 učinilo genetické inženýrství velké pokroky. Máme už například zmapované genomy některých vyhynulých obratlovců, ať už se jedná o člověka neandertálského, mamuta srstnatého nebo medvěda jeskynního.[1] Z mnohem starší doby neptačích dinosaurů, tedy druhohorní éry, zatím nic takového možné není, ale objev stop po původní DNA už byly hlášeny například od raně křídového čínského teropoda druhu Caudipteryx zoui[2] nebo od pozdně křídového severoamerického hadrosaurida druhu Hypacrosaurus stebingeri[3]. Tzv. měkké tkáně a biomolekuly v podobě dávných proteinů, organel melanozomů a jiných organických substancí jsou zhruba v posledních dvou desetiletích rovněž získávány z fosilií ve stále větším množství a rozmanitosti.[4] Již před patnácti lety jsme byli svědky vytvoření první buňky se syntetickým genomem, laboratorně vytvořenou verzi bakterie druhu Mycoplasma mycoides s velikostí zhruba 1 milionu párů bází.[5] Když vezmeme v úvahu velikost genomu ptáků, je jisté, že genetičtí inženýři v Jurském parku měli co do činění s genomy 1000krát většími. Velkým problémem by stále byl přenos genetického materiálu do dárcovského vajíčka jiného druhu, protože to se zatím povedlo jen u relativně blízce příbuzných druhů (jako je gaur a tur domácí z čeledi turovitých). A protože dnešní pštrosi, jejichž vajíčka byla k tomuto účelu v Jurském parku využita, jsou již od neptačích druhohorních dinosaurů poměrně výrazně vývojově vzdálení, výsledná jaderně-mitochondriální nekompatibilita by zde představovala – velmi mírně řečeno – hodně významný problém.[6]

Další zajímavou peripetií je doplnění chybějících částí dinosauřího genomu příslušnými segmenty žabí DNA, jak ve filmu vysvětluje hlavní genetický inženýr Jurského parku Henry Wu. Vzhledem k tomu, že bezocasí obojživelníci jsou dinosaurům evolučně velmi vzdálení, a to mnohem víc než například i dnešní ještěři nebo hadi, tento krok je do značné míry kontroverzní a obtížně pochopitelný.[7] Umožnil ale zajímavou dějovou zápletku, kdy si dinosauří samice (podobně jako samice některých západoafrických žab) změnily pohlaví a začaly se na ostrově Isla Nublar nekontrolovaně samy množit. Dnes jsme samozřejmě podstatně dál z hlediska schopnosti mapovat genom žab (poprvé kompletně zmapován v roce 2010)[8] i ptáků (genom kura domácího poprvé zmapován v roce 2004)[9], nicméně v případě žabích druhů Xenopus laevis i Xenopus tropicalis ke zmíněné změně pohlaví nedochází. Tento proces byl pozorován u rákosničky rodu Hyperolius, z biomolekulárního hlediska však stále zůstává poněkud obskurní.[10] Podstatně více toho víme o mechanismech determinace pohlaví u jiných (vývojově vyspělejších) skupin obratlovců. Dobře jej máme zmapován pochopitelně zejména u savců, dále pak i u ptáků a plazů. U mnoha plazů je přitom pohlaví určováno do velké míry i environmentálními faktory okolního prostředí, zejména pak teplotou.[11] Pokud tedy dinosauři byli v tomto směru podobnější současným plazům než ptákům, pak možná nebylo potřeba žádných zásahů do jejich genetického kódu – stačilo by totiž pohlídat teplotu v inkubátorech!

V jiné scéně filmu se paleobotanička Ellie Sattlerová zabývá příčinou otravy velkého rohatého dinosaura triceratopse, který leží ve svém výběhu na boku, obtížně dýchá a má na jazyku velké nevábně vyhlížející puchýřky. Nakonec se ukáže (byť je to podrobněji popsáno spíše v původním románu než ve filmu, kde na to zkrátka není čas), že tito ptakopánví dinosauři zde v pravidelných intervalech polykali trávicí kameny (které jim pomáhaly mechanicky zpracovat potravu v trávicím traktu) a spolu s nimi pak mimoděk pozřeli i bobule jedovaté severoamerické rostliny druhu širál dvoubarevný (Miconia bicolor) z čeledi melastomovitých, který způsobil jejich zdravotní problémy. Z pohledu dnešních poznatků však mohlo být pojídání i takových toxických rostlin naopak prospěšné a potenciálně snad i nezbytné. Novější výzkumy extraktů z těchto rostlin totiž ukázaly, že v nich obsažené látky inhibují signální systém bakterií quorum sensing (QS), tedy způsob mezibuněčné komunikace bakterií závislou na jejich populační hustotě v daném místě a určující například i další rozvoj jejich patogenity. Tímto způsobem může rostlina (která je v případě širálu mimochodem dlouhodobě využívána jako léčivka) lépe odolávat patogenům a v menších dávkách mohou její toxiny pomáhat v boji proti infekcím i samotným býložravcům, kteří ji spásají.[12] Nejen pozdně křídový ceratopsid Triceratops by tedy díky podobným rostlinným druhům mohl paradoxně lépe uspět v nerovném boji se současnými patogenními mikroorganismy. Ty by ostatně byly pro všechny genetickým inženýrstvím znovuoživené druhy pravěkých živočichů nejspíš tím největším nebezpečím.[13]

———

———

A u toxinů ještě zůstaneme, protože se s nimi ve filmu mohl zblízka a na vlastní kůži (a nakonec fatálně) seznámit i relativně sympatický záporák Dennis Nedry. Počítačového programátora napadl teropod Dilophosaurus, který se ovšem svému reálnému raně jurskému protějšku ve filmu příliš nepodobal. Byl jednak podstatně menší (skutečný dilofosaurus byl dlouhý až 7 metrů a vážil přes 400 kg)[14], a jednak měl nejméně dva anatomické znaky navíc – prvním byl roztažitelný lebeční „límec“ (à la agama límcová, Chlamydosaurus kingii), a druhým přítomnost jedových žláz, které mu umožňovaly plivat jakousi toxickou směs slin a hlenu, oslepující na vzdálenost několika metrů jakoukoliv dostatečně neopatrnou a blízko se nacházející kořist. Podle symptomů, zobrazených ve filmu hercem Waynem Knightem můžeme zkusit odhadnout, o jaký typ jedu by se vlastně mohlo jednat. Nedry byl oslepen, cítil palčivou bolest na pokožce i v očích a nakonec (podle knihy Michaela Crichtona, na což již ve filmu nedošlo) následovala i celková paralýza. Je přitom možné, že jed byl svou podstatou podobný až analogický toxinům plivající kobry, tedy látce zvané α-Cobratoxin. Ten zasahuje iontový kanál zvaný nikotinový acetylcholinový receptor (NAChR) ve svalech, což působí paralýzu blokací funkce neurotrasmiterového acetylcholinu.[15] Vzhledem k Nedryho okamžité silné reakci by složkou této látky mohl být i heteromerní komplex proteinů podobný jedu hada korálovce, jehož součástí jsou proteiny obsahující doménu Kunitz a enzym fosfolipázu A2, které aktivují iontové kanály citlivé ke kyselému prostředí v somatosenzorických neuronech a způsobují tak velmi intenzivní bolest, která obvykle velmi dlouho přetrvává.[16]

A poslední zajímavou zastávkou může být podivný „plán B“, o kterém mluví například postava hlavního technika Raye Arnolda – využití poruchy tvorby proteinogenní aminokyseliny lysinu. Ten spočíval v tom, že dinosauři byli geneticky upraveni tak, aby si jejich organismus nedokázal sám vytvářet právě aminokyselinu lysin. Pokud jí potom pravidelně nedostávali ve speciálně upravené potravě, po nějaké době upadli do kómatu a uhynuli. Problém s touto na první pohled chytrou dějovou pojistkou vedení Jurského parku proti uniknutí dinosaurů mimo ostrov Isla Nublar je v tom, že lyzin je jednou ze základních aminokyselin přítomných u obratlovců, dinosaury nevyjímaje. To však také znamená, že je vždy vyžadován i jako součást potravy a není přímo syntetizován v organizmu.[17] Dinosauři tak stejně tuto aminokyselinu přijímali v potravě, a pokud nebyli vytvořeni s nějakým podivným sebedestruktivním narušením metabolismu, neměla by je taková „pojistka“ v relativně krátkém čase jakkoliv vyřadit z běžného fungování (alespoň ne všechny). Koneckonců, dinosauři přece nejsou žádné laboratorní auxotrofní kvasinkové kmeny.[18] Co tedy dodat závěrem? I přes výše zmíněné nepřesnosti a nedostatky zůstává Jurský park jakýmsi zářícím standardem pro jakýkoliv velmi dobře pojatý a chytrý sci-fi román i film, který dokáže prezentovat zajímavou vědu a snad také podnítit touhu po dalším vzdělávání i u širokých mas laické veřejnosti. A to nepochybně platí i dnes, tedy krátce před dosažením „Kristových let“ Spielbergova filmu, založeného na románu, který je ještě o tři roky starší.

———

———

Short Summary in English: Legendary Steven Spielberg’s 1993 dinosaur classic Jurassic Park was a great success. Perhaps for many people, it represented their first introduction to the concepts of paleontology, environmental studies and genome engineering. With 32 years of research progress to look back on, we can now reconsider the story’s foundations and try to find the biggest flaws and inaccuracies.

———

[1] van der Valk, T.; et al. (2021). Million-year-old DNA sheds light on the genomic history of mammoths. Nature. 591 (7849): 265–269.

[2] Zheng, X.; et al. (2021). Nuclear preservation in the cartilage of the Jehol dinosaur Caudipteryx. Communications Biology. 4: 1125.

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

[4] Roy, A.; et al. (2020). Chapter 9. Fossil microbodies are melanosomes: evaluating and rejecting the ‚fossilised decay-associated microbes‘ hypothesis. In Michael Pittman & Xing Xu, editors. Pennaraptoran Theropod Dinosaurs: Past Progress and New Frontiers. Bulletin of the American Museum of Natural History. 440 (1): 251–276.

[5] Gibson, D. G.; et al. (2010). Creation of a bacterial cell controlled by a chemically synthesized genome. Science. 329 (5987): 52–56.

[6] Warren, W. C.; et al. (2017). A New Chicken Genome Assembly Provides Insight into Avian Genome Structure. G3. 7 (1): 109–117.

[7] Wu, S.; et al. (2024). Genomes, fossils, and the concurrent rise of modern birds and flowering plants in the Late Cretaceous. Proceedings of the National Academy of Sciences. 121 (8): e2319696121.

[8] Wallingford, J. B; Liu, K. J.; Zheng, Y. (2010). Xenopus. Current Biology. 20 (6): R263–R264.

[9] International Chicken Genome Sequencing Consortium (2004). Sequence and comparative analysis of the chicken genome provide unique perspectives on vertebrate evolution. Nature. 432 (7018): 695–716.

[10] Portik, D. M. (2019). Sexual Dichromatism Drives Diversification within a Major Radiation of African Amphibians. Systematic Biology. 68 (6): 859–875.

[11] Warner, D. A.; Shine, R. (2008). The adaptive significance of temperature-dependent sex determination in a reptile. Nature. 451 (7178): 566–568.

[12] Adonizio, A. L.; et al. (2006). Anti-quorum sensing activity of medicinal plants in southern Florida. Journal of Ethnopharmacology. 105 (3): 427–435.

[13] Egberink, H.; Horzinek, M. C. (1992). Animal immunodeficiency viruses. Veterinary Microbiology. 33 (1–4): 311–331.

[14] Reolid, M.; Cardenal, F. J.; Reolid, J. (2021). Digital 3D models of theropods for approaching body-mass distribution and volume. Journal of Iberian Geology. 47: 599–624.

[15] Bohlen, C.; et al. (2011). A heteromeric Texas coral snake toxin targets acid-sensing ion channels to produce pain. Nature. 479: 410–414.

[16] Bourne, Y.; et al. (2005). Crystal structure of a Cbtx–AChBP complex reveals essential interactions between snake α‐neurotoxins and nicotinic receptors. The EMBO Journal. 24: 1512–1522.

[17] Wu, G. (2009). Amino acids: metabolism, functions, and nutrition. Amino Acids. 37 (1): 1–17.

[18] LaRossa, R. A. (2001). Nutritional Mutations. Encyclopedia of Genetics. pp. 1362–1363.

———