Með grímu fyrir vitum, barðastóran hatt og með bláa gúmmíhanska minnir steingervingafræðingurinn Evan Saitta fremur á mann í innkaupaleiðangri í Covid-faraldri en vísindamann á rannsóknarvettvangi.
En hann er staddur í þjóðgarðinum Dinosaur Provincial Park í Kanada. Staðurinn er þekktur fyrir risaeðlusteingervinga og það er þeirra vegna sem Saitta er klæddur í sóttvarnarbúning.
Hann óttast ekki að smitast af sjúkdómi heldur er búningnum ætlað að vernda beinaleifarnar og koma í veg fyrir að eitthvað af hans eigin erfðaefni lendi á beininu. Hann er nefnilega að leita erfðaefnis sem gæti leynst í þessu beini.
Tilgangurinn er að útkljá nokkuð harðvítugar deilur vísindamanna. Annars vegar standa vísindamenn sem á síðustu árum telja sig hafa uppgötvað stórmerkileg risaeðlubein með leifum af mjúkum vef: æðum, frumum, prótínum og jafnvel DNA.
Hins vegar benda aðrir vísindamenn á að þessar ótrúlegu uppgötvanir hafi ekki verið nægilega rannsakaðar af óháðum vísindamönnum og telja ósennilegt að viðkvæmar sameindir geti varðveist í jörðu í margar milljónir ára.
Steingervingafræðingurinn Evan Saitta leitar steingervinga með gúmmíhanska og grímu.
Evan Saitta er sérfræðingur í niðurbroti vefja og tilurð steingervinga og hallast að síðarnefndu skoðuninni. En hann lætur sér ekki nægja orðaskylmingar einar heldur hyggst nú knýja fram niðurstöðu og er því kominn hingað í leit að erfðaefni.
Þegar hann kemur aftur heim í rannsóknastofuna beitir hann allri hugsanlegri nýjustu tækni á sviði rafeindasmásjáa og genasamsetningartækja.
Hann skefur meira að segja upp leifar af dauðum sandeðlum og fuglum til að öðlast betri innsýn í hvað verður um sameindir líkamans.
Það er mikið í húfi, bæði fyrir Saitta og öll okkur hin sem áhuga höfum, því komi í ljós að steinrunnin bein geti í rauninni hýst milljóna ára gamalt erfðaefni, hleypir það nýju lífi í draumsýn sem vísindamenn voru fyrir löngu búnir að gefa upp á bátinn: að vekja risaeðlurnar aftur til lífsins.
Risaeðla úr mýflugumaga
Í myndinni Jurassic Park borar vísindamaður gat í rafklump til að komast að mýflugu sem hafði endað þar ævina. Úr maga flugunnar sogar hann gætilega síðustu máltíð hennar – risaeðlublóð fullt af erfðaefni.
Að vísu reynist erfðaefnið götótt en í götin má fylla með erfðaefni úr froskum og eftir að erfðamenginu er komið fyrir í eggi klekst úr því ekta risaeðluungi.
Þegar myndin var frumsýnd 1993, virtist þessi merkilega aðferðafræði í grófum dráttum ekkert fjarri því að geta staðist.
Vísindamenn höfðu einmitt fundið DNA í skordýrum í rafklumpum og ný aðferð til að raðgreina erfðaefni á grundvelli DNA-búta var komin til sögunnar.
En síðar voru þessar uppgötvanir gagnrýndar á grundvelli þess að nútíma DNA hefði mengað það sem fannst og aðferðin að baki uppgötvuninni var talin gölluð. Síðan hafa fjölmargar rannsóknir sáð efasemdum um að DNA geti yfirleitt með nokkru móti lifað af í milljónir ára.
Hvernig er hægt að endurvekja risaeðlur?
Borvélar, DNA-prentun og gerviegg – tæknin er til og ef rétt reynist að unnt verði að vinna DNA úr risaeðlubeinum, er uppskriftin nothæf. Og þá geta vísindamenn kannski einn góðan veðurdag endurvakið risaeðlur.
DNA unnið úr beinmulningi
Vísindamenn mala hluta úr beini og leysa duftið upp í vökva. Síðan má finna erfðaefnið í vökvanum og lesa röðunina. Möguleg göt má fylla með raðbútum úr núlifandi ættingjum eðlnanna, fuglum.
Erfðaefni byggt upp frá grunni
Viðgert erfðaefni þarf næst að prenta. Það er gert með því að setja saman stutta basabúta og líma þá svo saman í lengri stubba. Aðferðin hefur áður verið notuð til að byggja erfðamassa baktería alveg frá grunni.
Risaeðluerfðaefni bætt við
Vísindamennirnir taka frjóvgaða eggfrumu fugls og fjarlægja gætilega erfðaefnið úr kjarnanum. Síðan er erfðaefni eðlunnar sett í frumukjarnann. Svipuð aðferð var notuð þegar árið 1996 þegar fyrsta kindin var klónuð.
Fruman sett í gerviegg
Eggfruman skiptir sér og myndar fósturvísi í petriskál en er svo komið fyrir í gervieggi þar sem fósturvísirinn getur þroskast og myndað lífvænlegan eðluunga, rétt eins og ungi í hænueggi.
Árið 2013 rannsökuðu breskir vísindamenn t.d. skordýr í kopal sem er eins konar millistig milli trjákvoðu og rafs. Skordýrin voru milli 60 og 10.600 ára gömul og vísindamennirnir fundu ekki í þeim snefil af erfðaefni.
Í steingervingum hafa heldur ekki fundist ummerki um svo gamalt DNA. Elsta, heila erfðamengi sem fundist hefur, var í 700.000 ára gömlu hrossbeini sem varðveist hafði í sífrera.
Hópur danskra og ástralskra vísindamanna reyndi árið 2012 að finna lengsta mögulega endingartíma erfðaefnis. Rannsakað var ástand erfðaefnis í misgömlum beinum hins útdauða Moafugls og reiknað hvernig erfðaefni brotnar niður á löngum tíma.
Niðurstaðan varð sú að erfðaefni sé alveg horfið úr beinaleifum eftir 1,5 milljónir ára.
Forneðlurnar, að fuglunum undanskildum, dóu allar út fyrir 66 milljónum ára, þannig að endingartími erfðaefnis í steingervingum þeirra hlýtur að vera löngu liðinn.
LESTU EINNIG
Prótín varðveita líka erfðaupplýsingar þar eð bygging þeirra speglar kóða erfðaefnisins.
Þau endast lengur en DNA en elstu prótín sem vísindamennirnir fundu voru 3,4 milljón ára gömul, þannig að vandinn leystist ekki.
Engu að síður hafa menn í vaxandi mæli leitað að gömlu DNA, prótínum eða mjúkum vef á síðustu áratugum og í Montana í norðvesturhluta BNA er nú eins konar miðstöð þessarar nýju sameindasteingervingafræði.
Í Klettafjallasafninu (Museum of the Rockies) hafði vinnustofu sína steingervingafræðingurinn Jack Horner sem var vísindalegur ráðgjafi við gerð Jurassic Park-myndanna.
Hann er nú á eftirlaunum en gamlir nemendur hans taka mikinn þátt í deilum um möguleika DNA til að endast í steingervingum.
DNA í eðluungum
Meðal fyrrum stúdenta Jacks Horner er sameindasteingervingafræðingurinn Mary Schweitzer. Ásamt öðrum vísindamönnum hefur hún á síðari árum lýst nokkrum umdeildum uppgötvunum sem benda til að mjúkan vef geti verið að finna í vel varðveittum steingervingabeinum.
Ásamt öðrum gömlum nemanda Horners, Alidu Bailleul, gerði hún enn nýja uppgötvun árið 2020.
Í tveimur forneðlusteingervingum í Montana segjast þær hafa uppgötvað prótínið kollagen í vef sem helst virðist brjósk.
Þær hafa líka fundið smásæ fyrirbrigði sem gætu verið frumur á leið að skipta sér, svo og aflöng fyrirbrigði sem gætu mögulega verið frumukjarnar – með DNA.
Þetta fannst í tveimur höfuðkúpum af ungum svonefndra andarnefjueðlna sem lifðu í Montana fyrir 75 milljónum ára en Jack Horner var meðal þeirra sem fundu hauskúpurnar árið 1979, þegar hann uppgötvaði heilt hreiðurstæði, þekkt sem „Eggfjallið í Montana“.
Fimm risaeðlufundir koma vísindamönnum á óvart
DNA, frumur og prótein. Vísindamenn segjast hafa fundið leifar af upprunalegum vefjum í fimm mismunandi risaeðlum – þar á meðal konungi risaeðlanna, T. rex. Nýjasta uppgötvunin – DNA úr ráneðlunni Caudipteryx – var gerð árið 2021.
Tyrannosaurus
Uppgötvun: Æðar með blóðfrumum. Hvar: Montana, BNA. Aldur: 68 milljón ár. Hámarkslengd: 13 metrar.
Hypacrosaurus
Uppgötvun: Kollagenprótín, frumur og DNA. Hvar: Montana, BNA. Aldur: 68 milljón ár. Hámarkslengd: 9 metrar.
Brachylophosaurus
Uppgötvun: Kollagenprótín. Hvar: Montana, BNA. Aldur: 80 milljón ár. Hámarkslengd: 9 metrar.
Caudipteryx
Uppgötvun: Frumur og DNA. Hvar: Jehol héraði, Kína. Aldur: 125 milljónir ára. Hámarkslengd: 0,8 metrar.
Lufengosaurus
Uppgötvun: Kollagenprótín. Hvar: Yunnanhérað, Kína. Aldur: 195 milljón ár. Hámarkslengd: 9 metrar.
Höfuðkúpurnar voru skornar í þunnar sneiðar og varðveittar þannig en nú hafa sem sagt verið gerðar nýjar uppgötvanir í þessum gömlu sneiðum.
Vísindamennirnir hafa borið saman höfuðkúpur unganna og höfuðkúpu af ungum emúa og tiltekin próf voru gerð bæði á gömlu höfuðkúpunni og þeirri nýju.
Sýnin voru fyrst sett í sýrubað sem leysti upp allt ólífrænt efni en síðan bættu vísindamennirnir í upplausnina svonefndum mótefnum sem ónæmiskerfið myndar yfirleitt í baráttunni við bakteríur og veirur.
Til eru óendanlega margar gerðir mótefna og hver gerð hefur þann eiginleika að binda sig einungis – eða næstum því einungis – við eina ákveðna gerð prótína.
Þess vegna eru mótefni notuð í rannsóknum til að ákvarða hvort tiltekið prótín sé til staðar í sýni.
Í sýnunum sem Mary Schweitzer greindi sýndu mótefnin leifar ákveðinnar gerðar kollagens úr brjóski bæði í emúanum og steingervingunum.
Nú telja vísindamennirnir að brjósk hafi verið í afturhluta höfuðkúpunnar í eðluungunum, þar sem beinhlutar áttu eftir að vaxa saman.
Sé brjósk varðveitt aukast líkur á varðveislu DNA því brjósk er ekki jafn gljúpt og bein og gæti því myndað öflugri DNA-geymslu.
Vísindamenn deila um DNA
Umdeildar uppgötvanir DNA, prótína og frumna í milljóna ára gömlum steinrunnum beinaleifum hafa valdið titringi í vísindaheiminum. Nýjar rannsóknir sýna að þessar uppgötvanir eru trúlega eitthvað allt annað en fyrst var talið.
Prótín
Með: Beinin full af prótínum
Mótefni sem beinast að kollagenprótínum binda sig við forneðlubeinið og þar eð bakteríur framleiða ekki kollagen hljóta prótínin að koma úr skepnunni sjálfri
Á mót: Próf gefa ranga svörun
Mótefnaaðferðin er óáreiðanleg því mótefnin geta líka bundist steinefnum á borð við kalsíumfosfat. Leifar kollagens geta þar á ofan komið frá smásæjum sveppum.
Æðar og frumur
Með: Blóðfrumur hafa lifað af
Nokkrar óháðar rannsóknir undir rafeindasmásjá sýna að í steingervingum eru fyrirbæri sem minna á æðar, rauð blóðkorn og beinfrumur.
Á móti: Lofttæming sýnir frumur
Bakteríur geta skilið eftir sig leifar sem líkjast æðum og klumpar sem minna á frumur geta verið aukaverkanir af lofttæmingunni undir rafeindasmásjá.
DNA
Með: Bein geta varðveitt DNA
Litarefni sem binst DNA safnast að frumulíkum klumpum í beininu. Uppgötvunin er stórmerkileg en DNA-rannsóknir hafa áður komið á óvart.
Á móti: DNA kemur úr örverum
Greiningar á DNA í öðrum steingervingum sýna að DNA brotnar niður innan fárra milljóna ára. Leifar af DNA úr eðlum eru falskjákvæðar niðurstöður eða DNA úr örverum.
Hversu lengi getur DNA risaðeðla lifað af?
Vísindamennirnir rannsökuðu líka hvort DNA væri að finna í frumum emúans og frumulíkum hlutum steingervinganna.
Þetta próf fólst í að bæta við litarefni sem bindur sig við DNA og sú varð raunin bæði í leifum emúans og eðlnanna. Þetta bendir til að DNA – eða brot úr DNA – geti varðveist í beinum í allt upp í 75 milljón ár.
Schweitzer og félagar hennar standa ekki alveg ein varðandi þessa kenningu. Þannig segjast enskir vísindamenn hafa fundið leifar brjósktrefja og blóðfrumna í allmörgum steingervingabeinum.
Öfugt við aðrar slíkar uppgötvanir var hér um að ræða bein sem ekki höfðu varðveist tiltakanlega vel.
Þess vegna telja ensku vísindamennirnir að ekki einungis geti DNA varðveist, heldur gerist það líka oftar en nokkur hefur þorað að vona.
Það var ekki síst þessi fullyrðing sem fékk Evan Saitta til að klæðast sóttvarnargallanum og hefja leit sína að DNA og prótínum í Forneðluþjóðgarðinum í Kanada.
Beinin komu á óvart
Saitta safnaði fyrst steingervingasýnum við dauðhreinsaðar aðstæður til að forðast að menga beinin við uppgröftinn. Beinin voru um 75 milljóna ára gömul og úr eðlu sem var skyld hinni þríhyrndu Triceraptoseðlu.
Sýnin voru send til rannsóknastofnana við Princetonháskóla í BNA og Bristol- og Yorkháskóla í Englandi og greind þar með ýmsum mismunandi aðferðum til að draga úr mögulegum niðurstöðuvillum og rangtúlkunum.
Þau voru þó ekki prófuð með mótefnum eins og Mary Schweitzer gerði þar eð sú aðferð er talin geta ranglega gefið jákvæða svörun.
Niðurstöðurnar voru í öllum tilvikum þær sömu. Sýnin voru ómenguð og engar leifar af kollageni fundust. Aftur á móti var annað sem kom mönnum í opna skjöldu. Í beinunum fannst sem sé heilmikið af DNA – en ekki úr forneðlum.
Sett var rautt litarefni (til hægri) sem í bein hyrndu risaeðlunnar Centrosaurus (til vinstri) en það binst DNA. Myndin sýnir að beinin innihalda mikið magn af DNA - 50 sinnum meira en bergið í kring.
Erfðaefnið kom úr miklum fjölda örvera sem höfðu tekið sér bólfestu í beinunum. Alls fundu Saitta og samstarfsmenn hans 46 tegundir baktería og annarra örvera, þeirra á meðal fjölda áður óþekktra tegunda.
Sumar örverurnar gátu brotið niður kollagen.
„Verkefnið sýnir að bein eru ekki sérlega vel til þess fallin að varðveita mjúkan vef. Þau eru ekki nein tímahylki, heldur gljúp og opin kerfi þar sem lífrænt efni á greiða leið út í jarðveginn og örverur komast auðveldlega inn,“ segir Evan Saitta.
Hann telur þær leifar af DNA sem aðrir vísndamenn hafa fundið komnar úr örverum og þau prótín sem líkist kollageni geta verið mynduð af sveppum. Þeir hlutar sem minni á æðar, frumukjarna og frumur eru trúlega líka myndaðir af örverunum.
Þrýstisuða skapar steingervinga
Rannsóknir á steingervingunum úr kanadísku eyðimörkinni eru aðeins lítill hluti af starfi Evans Saitta. Hann notar líka allt aðrar aðferðir – sumar byggðar á mikilli hugkvæmni – til að rannsaka hvort ævafornir steingervingar geti varðveitt upprunalegar sameindir.
Eftir dauðann þarf dýr fyrst að grafast t.d. í sand til að geta með tímanum orðið að steingervingi. Á milljónum ára grefst hræið svo djúpt að leifar þess verða fyrir ógnarlegum þrýstingi og mjög háu hitastigi. Þetta ferli reynir Saitta að endurskapa í rannsóknastofu.
Róbotar vekja fortíðina til lífsins
Genabreytt hænsni, vitvélar og heilmyndir – klónun er ekki eina leiðin til að skapa risaeðlur. Framfarir í genatækni og verkfræði gætu líka gert þann draum að veruleika.
Öfug-þróun breytir kjúklingi í risaeðlu
Fuglar eru komnir af forneðlum og bera enn í sér leifar erfðaefnis þeirra. Steingervingafræðingurinn Jack Horner vill nýta þessar leifar til að snúa þróun fuglanna til baka. Hann reynir að nota CRISPR-tæknina til að breyta erfðamassa hænsna þannig að þau líkist meira þessum forfeðrum. Þetta hefur þó enn ekki borið neinn árangur.
Róbotar hreyfa sig eins og risaeðlur
Á söfnum og í skemmtigörðum má oft sjá vélrænar risaeðlur en þær eru yfirleitt klunnalegar og sjaldnast vísindalega rétt byggðar. Ný vitvélatækni nýtist nú til að gera hreyfingarnar eðlilegri og á síðustu árum hafa steingervingafræðingar lagt sitt af mörkum með nákvæmum eftirgerðum byggðum á beinum og fótsporum.
Heilmyndir koma dýrum til að svífa
Forneðlu á hreyfingu er varpað sem þrívíddarheilmynd á hreyfingu. Heilmyndatæknin er enn langt frá fullkomnun en framfarir gerast hratt. Í tilraun einni var upplýstri plastperlu blásið hratt en markvisst með loftbylgjum þannig að hún teiknaði þrívíða mynd af fiðrildi á flugi.
Fyrri tilraunir hafa byggst á því að setja lífrænt efni undir mjög mikinn þrýsting og hita í lokuðu og loftþéttu rými. En við þessar aðstæður eiga þau efni enga undankomuleið sem við náttúrulegar aðstæður myndu gufa upp eða sipra út í jarðveginn og liggja því eftir í samfelldum klísturmassa á botni hins lokaða rýmis.
Saitta og Tom Kaye, samverkamaður hans, hafa því þróað aðra aðferð. Þeir pakka hluta af dauðum sandeðlum eða hænsnfugli í leir sem settur er í stálhylki, þar sem bulla er notuð til að þjappa efninu saman með vökvadæluþrýstingi upp á mörg tonn.
Útkoman verður pressuð plata um 1,25 cm á þykkt og hún er síðan sett í ofn við 200 gráðu hita í sólarhring. Leirinn er nógu gljúpur til að hleypa óstöðugum sameindum út.
Með þessari aðferð verða gervisteingervingarnir afar keimlíkir þeim sem finnast í náttúrunni.
Fyrstu niðurstöður þessara tilrauna benda til að einungis beinaleifar og litarefnið melanín verði eftir.
Nánast allt annað, þar á meðal melanín, glatast. Tilraunirnar virðast sanna að litarefnið sé meðal örfárra gerða lífsameinda sem geti varðveist um milljónir ára.
Litarefni dýra varðveitist jafnvel í milljónir ára. Litarefni í halafjöðrum risaeðlunnar Sinosauropteryx sýna að dýrið var með röndóttan hala.
Rökræðum um DNA og prótín í steingervingum er þó langt í frá lokið. Þær hafa nú blossað upp á ný, þökk sé Mary Schweitzer og nýjustu uppgötvunum hennar í Montana.
En Saitta hyggst nú einbeita sér að leit að stöðugri lífsameindum, t.d. amínósýrum sem eru smæstu einingar prótína.
Sú leit vekur kannski ekki neinar vonir um klónaðar risaeðlur en amínósýrurnar eru langlífari en prótín eða DNA – og geta veitt ákveðna innsýn í líffræði hinna fornu skepna.
Nýjar rannsóknir benda til að raf – rétt eins og í Jurassic Park – geti varðveitt ákveðnar gerðir sameinda um milljónir ára.
Steingervingafræðingar hafa alloft fundið vel varðveittar forneðlufjaðrir í rafi. Nýjar rannsóknir benda til að sumar af upphaflegu amínósýrunum – byggingarefni prótína – hafi varðveist.
Saitta horfir þó í allt aðra átt – á forneðluegg. „Eggjaskurnin er áhugaverð því öfugt við bein getur hún virkað sem lokað kerfi.
Þar mætti hugsanlega finna stutta búta úr amínósýrum sem hefðu varðveist um milljónir ára,“ segir Saitta.
Og sú kenning hefur reyndar sannast. Fyrr á árinu 2020 fann Saitta leifar af eldgömlum amínósýrum í 80 milljón ára gömlu eggi langhálsaðrar eðlu.
