Typový exemplář oviraptorosaurního teropoda druhu Caudipteryx zoui, obývajícího oblasti současné severovýchodní Číny v době před 125 miliony let. Dochovaly se nám přes dálavy času původní části DNA tohoto malého opeřeného dinosaura? Kredit: Jonathan Chen; Wikipedia (CC BY-SA 4.0)

O možném dochování původního organického materiálu či jeho extrémně dobře zachovaných „otiscích“ ve fosilním záznamu se mluví již dlouhou dobu.[1] Stejně dlouho se ale mnozí tradicionalisté mezi geology a paleontology podobným myšlenkám brání, přičemž poukazují na skutečnost, že většina podobných avizovaných objevů padá na vrub kontaminaci recentním biologickým materiálem nebo chybným postupem výzkumu.[2] Přesto v posledních letech začínají v drtivé míře převažovat vědecké práce, které přicházejí na podporu dříve radikálních myšlenek o možnostech dochování pozůstatků původního organického materiálu ve fosiliích starých desítky až stovky milionů let. Neptačí dinosauři, kteří existovali zhruba v době před 245 až 66 miliony let, přitom už zdaleka nejsou nejstaršími organismy, kteří jsou z podobné „neplechy“ podezřelí. Vědci už totiž dříve oznámili, že objevili dochované pozůstatky buněčných jader jakýchsi mikroorganismů, žijících na území dnešního Mongolska na samotném začátku kambrické periody (začátek prvohorní éry a fanerozoického eonu) před asi 540 miliony let.[3] Vzhledem k tomu, že je poměrně snadné zaměnit domnělá buněčná jádra s fosilizovanými sférickými objekty v mineralizovaných fragmentech původní biologické hmoty, jsou všechna tato tvrzení značně kontroverzní. O podobných objevech v případě gravidní samice druhu Tyrannosaurus rex už byla na tomto webu řeč nejednou[4], stejně jako o dalších případech týkajících se druhohorních dinosaurů. Dostali jsme se také k problematice možného klonování dinosaurů ve stylu Jurského parku, přičemž až dosud se jednalo spíše o vědecky podloženou fikci.[5] Ačkoliv k reálnému vytvoření dinosaurů metodami genetického inženýrství máme stále ještě daleko (a dost možná nebude reálné nikdy), věda se i v tomto směru přece jen posouvá dál. Právníci a počítačoví experti (typu Gennara a Nedryho) by se tak možná měli začít mít na pozoru, vždyť rekord pro stáří izolované původní DNA už se posunul dvojnásobně až na prozatímních 1,6 milionu let (v případě mamutího zubu ze sibiřského permafrostu).[6] Dinosauři však s výjimkou ptáků vyhynuli ještě o 64,4 milionu let dříve, máme tedy šanci získat jednou i DNA některého z nich? Ostatně, pro úspěšné využití sekvenovací technologie je zapotřebí dostatečně velké množství DNA, které údajně nepřežije víc než 0,4 až 1,5 milionu let.[7]

Přibližné vzezření kaudipteryga coby malého opeřeného všežravce, obývajícího ekosystémy tzv. Jeholské bioty. Výrazným vizuálním prvkem na těle tohoto dinosaura byl zejména vějíř dlouhých ocasních per. Kredit: Matt Martyniuk; Wikipedia (CC BY-SA 3.0)

Optimismus by nám mohl dodat nový objev, který rozvířil živou diskusi v posledních několika týdnech. Koncem září totiž mezinárodní tým badatelů publikoval v periodiku Communications Biology odbornou práci, podle níž byly objeveny fosilizované mikroskopické struktury původní buněčné hmoty, které by mohly být součástí pradávné DNA druhohorního organismu.[8] A o jaký organismus se jednalo? Byl jím raně křídový oviraptorosaurní teropod rodu Caudipteryx. Skvěle dochovaná fosilie malého opeřeného dinosaura z čínské provincie Liao-ning má stáří 126 až 124 milionů let (geologický věk barrem až apt, raná křída) a pochází ze sedimentů proslulého souvrství I-sien (Yixian).[9] Caudipteryx byl i s ocasními pery dlouhý asi 70 až 90 centimetrů a dosahoval hmotnosti zhruba mezi 2 a 3 kilogramy, ve svých ekosystémech tak pravděpodobně představoval malého oportunistického všežravce.[10] Dnes rozlišujeme dva vědecky platné druhy tohoto rodu C. zoui (formálně popsán roku 1998) a C. dongi (popsaný v roce 2000).[11] Ale zpět k novému, potenciálně převratnému objevu. Vědci porovnávali vzorky z dokonale zachované dinosauří kostry, pohřbené před fosilizací pod jemným sopečným popelem a odpovídající vzorky chrupavky z kostí dnešních kuřat. Objevené vzorky se přitom silně podobaly chromatinu, tedy komplexu DNA a některých bílkovin, nacházející se v jádrech eukaryotických buněk.[12] Podle badatelů, kteří se na výzkumu podíleli, bychom se měli zamyslet nad definicí „zkameněliny“ a také nad tím, co vše se děje s biologickým materiálem po smrti původce a v průběhu jeho fosilizace. Výzkumný tým ale zachoval realistický přístup a v tiskových vyjádřeních bylo konstatováno, že reálný Jurský park ještě skutečně není na obzoru. Musíme si totiž uvědomit, že i kdyby se části původní DNA dochovaly, budou značně chemicky pozměněné a nebudou plně odpovídat své druhohorní podobě. Vedoucí týmu Alida Bailleul však přidává i trochu optimismu, když předpovídá velkou budoucnost podobným výzkumům v dalších dekádách. Podle jejího názoru bychom jednou mohli dokázat identifikovat malé části sekvencí genetického kódu, což by znamenalo revoluci v pochopení dinosauří fyziologie i systematiky.

Velikostní porovnání zástupců obou dosud popsaných a vědecky platných (validních) druhů rodu Caudipteryx. Jednalo se o velmi malého opeřeného dinosaura, který však svým paleontologickým významem výrazně překonává i skutečné dinosauří giganty. Kredit: Matt Martyniuk; Wikipedia (CC BY-SA 2.5)

Závěrům nové studie nahrává i skutečnost, že podobné objevy byly nedávno učiněny například i ve 195 milionů let starých (raně jurských) fosiliích čínského sauropodomorfa rodu Lufengosaurus[13] a v 75 milionů let starých fosiliích kachnozobého dinosaura druhu Hypacrosaurus stebingeri z americké Montany[14]. V lebce mláděte hypakrosaura byla DNA detekována rovněž ve fosilizované chrupavce, která se ukazuje jako ideální z hlediska kvality dochování původní buněčné struktury. Pro nový výzkum byl využit extrémně dobře zachovaný fosilní exemplář kaudipteryga ze sbírek Šan-tungského přírodovědeckého muzea v Tchien-jü (Tianyu). Fosilie byla v mikroskopických vzorcích barvena hematoxylinem podobně jako současná DNA a kombinací použitých metod vyšlo najevo, že v buňkách chrupavky (chondrocytech) jsou stále přítomné struktury podobné jádrům buňky s vnitřními strukturami odpovídajícími vzhledově chromatinu. Ačkoliv se ještě zdaleka nemusí jednat o skutečnou původní DNA, je prakticky jisté, že ve zkamenělinách tohoto stáří se stále mohou vyskytovat části původních organických molekul a je třeba podobné fosilie velmi podrobně zkoumat. Tím se také vracíme k samotnému začátku tohoto článku – ne, všechny fosilie skutečně nejsou jen „kamenem“, kusem horniny bez sebemenší stopy po dávno zaniklém životě jejich původců. A to nám také dává naději na velkolepé objevy do budoucna. Bohužel fosilizované chromozomy je velmi těžké rozeznat, protože zatím netušíme, jak se tento organický materiál chová v průběhu svého rozkladu. Jednoduše ještě nevíme, zda se i po mnoha milionech let dochová původní molekulární struktura. Jistý výzkum publikovaný roku 2012 přinesl poznatek, že DNA v kosti se kompletně rozpadne asi za 6,8 milionu roků, což by pro druhohorní dinosaury bylo příliš málo.[15] Tyto efekty jsou ale značně individuální a velmi při nich záleží na různých faktorech, především pak na prostředí a rychlosti fosilizace i nakládání s fosiliemi již vykopanými.[16] Zatím si tedy na geneticky oživené brachiosaury, galimimy a triceratopse ještě musíme počkat. Ale jak prohlásil sám režisér prvního filmového „parku“ Steven Spielberg před téměř třiceti lety: „Kdo ví? Ještě před nedávnu dobou by i funkční počítač nebo let na oběžnou dráhu připadl většině lidí zhola nemožný!“

Napsáno pro weby OSEL a DinosaurusBlog.

Short Summary in English: International team of paleontologists and chemists have analyzed cartilage material from a small oviraptorosaurid dinosaur Caudipteryx, that lived in what in now Liaoning Province of China some 125 million years ago. The obtained data showed that some of the original nuclear biochemistry is preserved in the fossil and that it is necessary to further understand DNA preservation in deep time.

Odkazy:

https://phys.org/news/2021-09-molecule-remnants-nuclei-ancient-dinosaur.html

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

https://scitechdaily.com/potential-remnants-of-original-dinosaur-dna-discovered-in-exquisitely-preserved-dinosaur-cells/

https://www.the-scientist.com/news-opinion/paleontologists-find-possible-dinosaur-dna-69346

http://www.sci-news.com/paleontology/caudipteryx-chromatin-threads-10107.html

[1] Woodward S. R.; Weyand, N. J.; Bunnell, M. (1994). DNA sequence from Cretaceous period bone fragments. Science. 266 (5188): 1229–32. doi: 10.1126/science.7973705

[2] Kaye, T. G.; Gaugler, G.; Sawlowicz, Z. (2008). Stepanova, A. (ed.). Dinosaurian Soft Tissues Interpreted as Bacterial Biofilms. PLOS ONE. 3 (7): e2808. doi: 10.1371/journal.pone.0002808

[3] Anderson, R.; et al. (2017). Doushantuo-type microfossils from latest Ediacaran phosphorites of northern Mongolia. Geology. 45. doi: 10.1130/G39576.1.

[4] Schweitzer, M. H.; et al. (2007). Soft tissue and cellular preservation in vertebrate skeletal elements from the Cretaceous to the present. Proceedings of the Royal Society B: Biological  Sciences. 274 (1607): 183–97. doi: 10.1098/rspb.2006.3705

[5] Penney, D.; et al. (2013). Absence of Ancient DNA in Sub-Fossil Insect Inclusions Preserved in ‚Anthropocene‘ Colombian Copal. PLOS ONE. 8: e73150. doi: 10.1371/journal.pone.0073150.

[6] Callaway, E. (2021). Million-year-old mammoth genomes shatter record for oldest ancient DNA – Permafrost-preserved teeth, up to 1.6 million years old, identify a new kind of mammoth in Siberia. Nature. 590 (7847): 537–538. doi: 10.1038/d41586-021-00436-x

[7] Willerslev E.; et al. (2004). Long-term persistence of bacterial DNA (PDF). Current Biology. 14 (1): R9-10. doi: 10.1016/j.cub.2003.12.012

[8] Zheng, X.; et al. (2021). Nuclear preservation in the cartilage of the Jehol dinosaur Caudipteryx. Communications Biology. 4: 1125. doi: 10.1038/s42003-021-02627-8

[9] Zhong, Y.; et al. (2021). High-Precision Geochronological Constraints on the Duration of ‚Dinosaurs Pompeii‘ and the Yixian Formation. National Science Review. 8 (6): nwab063. doi: 10.1093/nsr/nwab063

[10] Paul, G. S. (2010). The Princeton Field Guide to Dinosaurs. Princeton University Press, str. 149.

[11] Zhou, Z.; Wang, X. (2000). A new species of Caudipteryx from the Yixian Formation of Liaoning, northeast China. Vertebrata PalAsiatica. 38 (2): 113–130.

[12] Monday, T. (2010). Characterization of the RNA content of chromatin. Genome Research. 20 (7): 899–907. doi: 10.1101/gr.103473.109

[13] Lee, Y.-C.; et al. (2017). Evidence of preserved collagen in an Early Jurassic sauropodomorph dinosaur revealed by synchrotron FTIR microspectroscopy. Nature Communications. 8 (1): 14220. doi: 10.1038/ncomms14220

[14] 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. doi: 10.1093/nsr/nwz206

[15] 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. doi: 10.1098/rspb.2012.1745

[16] Pruvost, M.; et al. (2007). Freshly excavated fossil bones are best for amplification of ancient DNA. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 104 (3): 739–44. doi: 10.1073/pnas.0610257104