Kolagen ve fosiliích gigantického sauropoda

…aneb Dreadnoughtus schrani a jeho biomolekuly

V roce 2014 byl ze souvrství Cerro Fortaleza v argentinské provincii Santa Cruz formálně popsán obří titanosaurní sauropod Dreadnoughtus schrani.[1] Horniny daného souvrství v patagonské oblasti na jihu Argentiny mají stáří asi 76 až 70 milionů let (pozdní věk kampán až raný věk maastricht, pozdní křída) a jedná se většinou o pískovce uložené v říčním prostředí. Sauropodní dinosaurus z kladu Lithostrotia, jehož rodové jméno odkazuje k britským bitevním lodím Dreadnought (Neohrožený) ze začátku 20. století, měl být rovněž neohrožený – a sice v tom smyslu, že díky své dospělé velikosti už neměl mít žádné přirozené nepřátele. Původní odhad hmotnosti pro 26 metrů dlouhého typového jedince, činící úctyhodnou cifru 59,3 tuny, byl později poněkud snížen na zhruba 35 až 49 tun.[2] Přesto se jednalo o živočicha o hmotnosti přibližně sedmi dospělých samců slona afrického. Co je však nejzajímavější, to je skutečnost, že se jedná o jednoho z nejkompletněji dochovaných obřích sauropodů s hmotností nad 40 tun – podle různých měřítek je jeho kostra kompletní asi ze 45,5 % (když započítáme i kosti lebky a nebereme v úvahu „zrcadlení“ dochovaných kostí) až 70,4 % (bereme-li v úvahu dochované „typy“ kostí a vyloučíme lebku). Jen pro zajímavost, stejným měřítkem je například kostra největšího dnes známého dinosaura druhu Argentinosaurus huinculensis dochovaná pouze z 5,1 % až 9,2 %, resp. Když pomineme lebku a všechny její jednotlivé kosti, pak je kompletnost dochování tohoto sauropoda skutečně pozoruhodná – je známo 115 kostí z celkového počtu 196 v rámci postkraniální kostry. Díky tomu máme velmi dobrou představu také o rozměrech jednotlivých částí těla dreadnoughta, jehož celková délka hlavy a krku činila asi 12,2 metru (z toho samotný krk 11,3 metru), trup tvořený hrudníkem a pánevní oblastí měl délku 5,1 metru a relativně krátký ocas pak asi 8,7 metru. Výšku v ramenní oblasti odhadl paleontolog Kenneth Lacovara se svým týmem na zhruba rovných 6 metrů. Tento titanosaur o výšce „dvoupatrové budovy“ měl také lopatku dlouhou 174 cm (nejdelší dosud objevená v rámci kladu Titanosauria) a jeho kyčelní kost byla dlouhá 131 cm. Z hlediska paleontologie je významná i skutečnost, že se dochovalo několik fosilních jedinců tohoto sauropoda a také skutečnost, že jeho kosti nejsou výrazně deformované a umožňují tak učinit si lepší představu o anatomii a funkční morfologii titanosaurních sauropodů.[3]

———

———

Ačkoliv podle současných odhadů dosahoval Dreadnoughtus zhruba jen poloviny až dvou třetin hmotnosti již zmíněného argentinosaura, ve skutečnosti mohl být ještě podstatně větší (než dosud dochovaní fosilní jedinci). Je možné, že typový exemplář byl dosud plně nedorostlým jedincem (možná subadultním, podle některých odhadů měl zhruba jen 85 % plné velikosti). Navíc byly v sedimentech souvrství Cerro Fortaleza objeveny další fosilní fragmenty, které mohly patřit právě větším exemplářům tohoto sauropoda. Tak jako tak se jedná o jednoho z nejlépe dochovaných gigantických titanosaurů, a to spolu s ještě větším druhem Patagotitan mayorum, který žil zhruba o 25 až 30 milionů let dříve poněkud severněji (souvrství Cerro Barcino na území argentinské provincie Chubut).[4] Ale již k hlavnímu tématu článku – Dreadnoughtus nám už totiž stačil vydat víc než jen velmi kompletní záznam svých kostí! V roce 2022 byla publikována odborná práce týmu paleontologů a paleobiologů, kteří v relativně velmi kvalitně dochovaných fosiliích argentinského obra objevili stopy po tzv. měkkých tkáních a dokonce i po strukturálním proteinu kolagenu.[5] Tyto stále poněkud kontroverzní, ale již vcelku bez pochybností prokázané delikátní objekty byly ve fosiliích druhohorních neptačích dinosaurů objeveny již před několika desetiletími, dosud ale nikdy u žádného z obřích sauropodů. Jak se postupně ukázalo, tyto fosilie s neobyčejnou kvalitou dochování („exceptional preservation“) neměly podobu pouze fantastických „dinosauřích mumií“ s otisky měkkých tkání, ale často se jednalo i o klasické zkamenělé kosti, u nichž by dříve dochování „měkkých tkání“ a biomolekul prakticky nikdo neočekával.[6] Dochování podobných delikátních struktur v pozůstatcích pocházejících z jiných geologických období („deep time“, stáří zhruba nad 1 milion let), bylo již dokázáno za pomoci množství různých analytických metod, včetně analýzy aminokyselin (Ramanova spektroskopie, infračervená spektroskopie s Fourierovou transformací, dále imunologie (hmotnostní spektrometrie doby letu) nebo tandemové hmotnostní spektrometrie. Navzdory skutečnosti, že důkazů o možnosti dochování původních endogenních organických složek z dávné geologické minulosti každoročně výrazně přibývá, stále mnohdy panuje nedůvěra a skepticismus (které přiživuje i fakt, že se podobnými výzkumy rádi neoprávněně zaštiťují například kreacionisté).

———

———

Dalším důvodem je nejspíš i samotná nedokonalá znalost pochodů, které k podobné kvalitě dochování přispívají. Víme zatím tolik, že se na nich může podílet přítomnost prvku železa, mikrobiální aktivita a kondenzační reakce, jakási přehledná a ucelená teorie nám však zatím chybí. Jisté nicméně je, že „molekulární uchování“ skrz hlubiny času je naprostou realitou a zatímco před dvěma desetiletími byly biomolekuly tyranosauří samice „B-rex“ (MOR 1125) velmi kontroverzní záležitostí, dnes už je tento exemplář jen jedním z mnoha.[7] Dokládá to právě i novější výzkum, který se zaměřil na biomolekuly ve fosilii obřího titanosaurního sauropoda druhu Dreadnoughtus schrani, jehož typový exemplář MPM-PV 1156 byl nejspíš relativně rychle po smrti pohřben v prostředí s minimem kyslíku a dochoval se díky tomu i na makroskopické úrovni ve velké kvalitě. Fosilie, jejíž vykopávky probíhaly v letech 2005 až 2008 na levém břehu argentinské řeky Río La Leona, mají podobu nekompletní postkraniální kostry v počtu asi 116 kostí v částečně artikulované pozici, objevené spolu s dalším, menším jedincem stejného druhu sauropoda (sbírkové označení MPM-PV 3546). Fosilie byly uloženy v sedimentech sestávajících především z pískovců a jílovců a tvořícími někdejší říční kanál a přilehlé břehy velkých fluviálních útvarů z období pozdního kampánu (stáří asi 76 až 72 milionů let).[8] K detailnímu výzkumu tohoto pozdně křídového sauropoda byla využita kvalitně dochovaná levá pažní kost (humerus). V případě typového exempláře dreadnoughta má tato masivní kost délku asi 1,65 metru.[9] Provedena byla její histologická analýza, rentgenová difrakční analýza (XRD), hmotnostní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem (LA-ICPMS) a za účelem potvrzení přítomnosti původních organických molekul pak bylo přikročeno k demineralizaci a výzkumu morfologických struktur, imunofluorescenci (IF) a imunologické metodě ELISA pro stanovení koncentrace antigenů, resp. protilátek. Tyto metody prokázaly, že kosti jsou dochovány velmi kvalitně, a to z hlediska původní struktury vnitřní kostní tkáně i tvaru a podoby jednotlivých částí kostních vrstev a útvarů. Potvrzena byla také přítomnost čtveřice minerálů, a to dolomitu a tří forem apatitu, přičemž dolomit zahrnuje pouze 5 %, zatímco chlorapatit 17 %, hydroxylapatit 36 % a fluorapatit 41 % vzorku.

———

———

Z toho také vyplývá, že v průběhu fosilizačních pochodů došlo jen k velmi malé exogenní mineralizaci vzorku a podobná strukturální integrita je plně konzistentní s přítomností původních proteinů, podobně jako je tomu u mnohem mladších archeologických nálezů. Z různých chemických prvků bylo ve vzorcích fosilie obsaženo například železo, uran, skandium, ytrium, stroncium, mangan, baryum, cer, thulium, ytterbium, holmium, baryt, goethit a další. Jejich koncentrace ve vzorku a míra zastoupení v různých vrstvách fosilní kosti dokládají, že vlastnosti okolního prostředí v průběhu fosilizace byly příznivé pro možnost dochování původního endogenního materiálu typu biomolekul a měkkých tkání. Po demineralizaci vzorků v kyselině ethylendiamintetraoctové (EDTA) se ukázala měkká flexibilní hmota morfologicky odpovídající někdejším cévám, fibrózní kolagenní hmotě a kostním buňkám osteocytům. Kolagen dinosaura také jevil imunoreaktivitu na protilátky vůči kolagenu 1. typu u kura domácího i aligátora (se kterými Dreadnoughtus sdílí svůj širší evoluční původ v rámci kladu Archosauria).[10] Dalším pozoruhodným zjištěním byla skutečnost, že mrtvé tělo obřího sauropoda bylo na kratší dobu po jeho smrti exponováno okolnímu kyslíkatému prostředí a pravděpodobně i mechanickému okusu ze strany mrchožroutů (mohlo se jednat například o megaraptoridního teropoda druhu Orkoraptor burkei)[11], poté však bylo rychle zakryto sedimentem a v průběhu diageneze již došlo jen k nepatrným chemickým změnám. Dochování měkkých tkání i kolagenu ve fosilii druhu Dreadnoughthus schrani bylo nevyvratitelně potvrzeno třemi různými metodami nezávisle na sobě (a sice morfologickou analýzou, tkáňovou lokalizací antigenů pomocí protilátek a imunoreaktivitou vůči chemickým extraktům). Tento výzkum má navíc poměrně dalekosáhlé implikace pro budoucí paleontologická bádání. Protože k zachování fosilie gigantického sauropoda došlo i za mírně oxidujících podmínek, bude nyní třeba zvážit konání podobnému výzkumu i v případě mnoha dalších, zdánlivě méně nadějných zkamenělých exemplářů.[12] Podobné výzkumy by v budoucnu mohly být nesmírně přínosné a i z relativně hůře dochovaných fosilií by nám mohly pomoci získat mnohem více informací, než se donedávna zdálo být vůbec možné.

———

———

Short Summary in English:

Evidence that organic material preserves in deep time (more than 1 million years) has been already reported using a wide variety of analytical techniques. A study published in 2022 showed that there is a molecular preservation and taphonomic history of the Dreadnougtus schrani holotype (MPM-PV 1156) at both macroscopic and microscopic levels. This giant titanosaurian sauropod lived in what is now southern Argentina about 75 million years ago. This is the first documented case of a giant sauropod soft tissue and biomolecular preservation.

———

Odkazy:

https://en.wikipedia.org/wiki/Dreadnoughtus

https://svpow.com/category/titanosaur/dreadnoughtus/

https://dinodata.de/animals/dinosaurs/pages_d/dreadnoughtus.php

https://www.prehistoric-wildlife.com/species/dreadnoughtus/

https://dinochecker.com/dinosaurs/DREADNOUGHTUS

———

[1] Lacovara, K. J.; et al. (2014). A Gigantic, Exceptionally Complete Titanosaurian Sauropod Dinosaur from Southern Patagonia, Argentina. Scientific Reports. 4 (1): 6196.

[2] Campione, N. E.; Evans, D. C. (2020). The accuracy and precision of body mass estimation in non-avian dinosaurs. Biological Reviews. 95 (6): 1759–1797.

[3] Voegele, K. K.; et al. (2020). Myological reconstruction of the pelvic girdle and hind limb of the giant titanosaurian sauropod dinosaur Dreadnoughtus schrani. Journal of Anatomy. 238 (3): 576–597.

[4] Carballido, J. L.; et al. (2017). A new giant titanosaur sheds light on body mass evolution among sauropod dinosaurs. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. 284 (1860): 20171219.

[5] Schroeter, E. R.; et al. (2022). Zhang, Z. (ed.). Soft-Tissue, Rare Earth Element, and Molecular Analyses of Dreadnoughtus schrani, an Exceptionally Complete Titanosaur from Argentina. Biology. 11 (8): 1158.

[6] 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.

[7] Schweitzer, M. H.; et al. (2016). Chemistry supports the identification of gender-specific reproductive tissue in Tyrannosaurus rex. Scientific Reports. 6 (1): 23099.

[8] Sickmann, Z. T.; Schwartz, T. M.; Graham, S. A. (2018). Refining stratigraphy and tectonic history using detrital zircon maximum depositional age: An example from the Cerro Fortaleza Formation, Austral Basin, southern Patagonia. Basin Research. 30 (4): 708–729.

[9] Voegele, K. K.; et al. (2020). Appendicular myological reconstruction of the forelimb of the giant titanosaurian sauropod dinosaur Dreadnoughtus schrani. Journal of Anatomy. 237 (1): 133–154.

[10] Nesbitt, S. J. (2011). The early evolution of archosaurs: relationships and the origin of major clades. Bulletin of the American Museum of Natural History. 352: 1–292.

[11] Novas, F. E.; Ezcurra, M. D.; Lecuona, A. (2008). Orkoraptor burkei nov. gen. et sp., a large theropod from the Maastrichtian Pari Aike Formation, Southern Patagonia, Argentina. Cretaceous Research. 29 (3): 468–480.

[12] Wiemann, J.; et al. (2022). Fossil biomolecules reveal an avian metabolism in the ancestral dinosaur. Nature. 606 (7914): 522–526.

———