‚Es ist mir egal, was sie über mich sagen‘: Paläontologin konfrontiert Kritiker mit ihrer Jagd nach Dinosaurier-Proteinen

NORTHEASTERN MONTANA-Der erste Tag von Mary Schweitzers Dinosaurierjagd 2017 läuft nicht gut. Das Team hat unter der Hochsommersonne erfolglos nach den fossilreichen Schichten gesucht, die sich hier durch das trockene Weideland ziehen. Dann, gegen Sonnenuntergang, bricht der in die Jahre gekommene Chevy Suburban, in dem sie und vier Kollegen unterwegs sind, in ein kurzes, poltergeistähnliches Spektakel aus – die Türschlösser springen auf und ab und mehrere Warnleuchten am Armaturenbrett blinken gleichzeitig. Schließlich gibt der Wagen den Geist auf und bleibt ganz stehen.

Es ist ein holpriger Start in eine Woche, in der Schweitzer weite Teile von Privatgrundstücken durchqueren will, um die nördlichsten Aufschlüsse der Hell Creek Formation zu finden. Auf dem nahe gelegenen öffentlichen Land wurden in diesen Schichten zahlreiche Dinosaurierfossilien gefunden, aber es ist nicht bekannt, dass Paläontologen diesen Abschnitt des Weidelandes, der Ende des 19. Jahrhundert besiedelt wurde. „Wir haben wirklich Glück, dass wir hier draußen sind“, sagt Schweitzer, eine Dinosaurierpaläontologin an der North Carolina State University (NC State) in Raleigh.

Sie nimmt die automobilen Widrigkeiten gelassen und genießt den Sonnenuntergang, während andere in ihrer Gruppe telefonisch um Hilfe bitten. Die Herausforderungen der Feldarbeit sind unbedeutend im Vergleich zu dem Sturm der Kritik, den sie für die zentrale Behauptung ihrer Arbeit ertragen musste: dass ihr Team Fragmente von Proteinen aus Dinosauriern geborgen hat, die 80 Millionen Jahre alt sind.

Die Beweise, die sie in einer Reihe von Veröffentlichungen in Science und anderen Zeitschriften dargelegt hat, stellen die traditionellen Vorstellungen davon in Frage, was ein Fossil ist: eine steinerne Nachbildung des ursprünglichen Knochens. Wenn dieser „Stein“ Proteine des lebenden Tieres enthält, „weiß ich nicht mehr, was die Definition ist“, sagt Schweitzer.

Was noch wichtiger ist: Die Möglichkeit, intakte Dinosaurierproteine zu analysieren, würde die Paläontologie in eine molekulare Wissenschaft verwandeln, ähnlich wie die Erforschung alter DNA die Untersuchung unserer menschlichen Vorfahren verändert hat. „Wenn Weichgewebe erhalten ist, können wir eine ganze Menge herausfinden“, sagt Jessica Theodor, Paläontologin an der Universität von Calgary in Kanada. „Das ist bahnbrechend.“

Forscher könnten mit Hilfe molekularer Methoden den Stammbaum der Dinosaurier entschlüsseln und Antworten auf seit langem gestellte Fragen finden, z. B. ob die Dinosaurier warmblütig oder kaltblütig waren und wann sie begannen, Federn zum Fliegen zu benutzen. Sollten sich Schweitzers Entdeckungen bestätigen, könnten sie einen Blick auf die leibhaftigen Dinosaurier werfen.

Allerdings war niemand außer Schweitzer und ihren Mitarbeitern in der Lage, ihre Arbeit zu wiederholen. Obwohl die Erforschung alter Proteine, die so genannte Paläoproteomik, in vollem Gange ist und alle paar Wochen provokante neue Ergebnisse bekannt gegeben werden, stammen die meisten Ergebnisse von Proben, die Tausende oder Hunderttausende von Jahren alt sind – um Größenordnungen jünger als Schweitzers Dinosaurier.

„Ich möchte, dass sie Recht haben“, sagt Matthew Collins, ein führender Paläoproteomik-Forscher an der Universität von York im Vereinigten Königreich. „Es ist eine großartige Arbeit.

Andere sind schärfer und vermuten, dass Schweitzers Proteinstücke von Bakterien oder Verunreinigungen stammen. „Es ist problematisch, dass kein anderes Labor in der Lage war, Mary Schweitzers Arbeit zu wiederholen“, sagt Jakob Vinther, ein Paläontologe an der Universität von Bristol in Großbritannien, der dies versucht hat. „Die Redewendung, dass außergewöhnliche Behauptungen außergewöhnliche Beweise erfordern, bleibt bestehen“, fügt Michael Buckley, Paläontologe an der Universität Manchester, ebenfalls im Vereinigten Königreich, hinzu.

Schweitzer, die erst spät auf das Gebiet kam und deren ungewöhnlicher Hintergrund sie als Außenseiterin in einem immer noch von Männern dominierten Bereich erscheinen lässt, lässt sich nicht einschüchtern. Sie hat Jahrzehnte damit verbracht, ihren Fall aufzubauen. Jetzt hofft sie, auf ihrer Hell Creek-Expedition neue, gut erhaltene Fossilien zu finden, die uralte Proteine beherbergen könnten – und neue Beweise, um die Zweifler zu überzeugen. „Es ist mir egal, was man über mich sagt“, sagt sie. „Ich weiß, dass meine Arbeit gut ist.“

Als Montanerin der dritten Generation wuchs Schweitzer, 62, außerhalb von Helena als jüngstes von drei Kindern in einer konservativen katholischen Familie auf. Ihr Vater, dem sie sehr nahe stand, starb an einem Herzinfarkt, als sie 16 Jahre alt war, und Schweitzer wandte sich auf der Suche nach Trost dem fundamentalistischen Christentum zu und verankerte sich tief in ihrer neuen Gemeinschaft. Sie lehnte auch die Evolution ab und glaubte, dass die Erde nur 6000 Jahre alt ist.

Nach ihrem Bachelor-Abschluss in Audiologie heiratete Schweitzer und bekam drei Kinder. Sie studierte an der Montana State University in Bozeman Pädagogik und wollte Highschool-Lehrerin für Naturwissenschaften werden. Doch dann hörte sie eine Dinosaurier-Vorlesung von Jack Horner, der inzwischen im Ruhestand ist und als Vorbild für den Paläontologen im Originalfilm Jurassic Park diente. Nach dem Vortrag ging Schweitzer zu Horner und fragte ihn, ob sie seine Vorlesung besuchen könne.

„Hi Jack, ich bin Mary“, erinnert sich Schweitzer. „Ich bin eine Kreationistin der jungen Erde. Ich werde dir zeigen, dass du mit der Evolution falsch liegst.“

„Hallo Mary, ich bin Jack. Ich bin ein Atheist“, sagte er ihr. In den nächsten sechs Monaten öffnete Horner Schweitzer die Augen für die überwältigenden Beweise, die für die Evolution und die Antike der Erde sprechen. „Er hat nicht versucht, mich zu überzeugen“, sagt Schweitzer. „

Sie lehnte viele fundamentalistische Ansichten ab, eine schmerzhafte Bekehrung. „Es hat mich viel gekostet: meine Freunde, meine Kirche, meinen Mann.“ Aber es hat ihren Glauben nicht zerstört. Sie fühlte, dass sie Gottes Werk sah, als er die Evolution in Gang setzte. „Es hat Gott größer gemacht“, sagt sie.

1990 meldete sie sich freiwillig, um in Horners Labor zu arbeiten und Knochenstücke des Tyrannosaurus Rex für die Analyse in dünne Scheiben zu schneiden. Unter dem Lichtmikroskop sah Schweitzer Gruppen roter, kreisförmiger Strukturen, die auf den ersten Blick wie rote Blutkörperchen aussahen.

Schweitzer wusste, dass dies eine paläontologische Ketzerei war: Nach den Lehrbüchern zerfällt bei der Bildung von Fossilien alles außer der widerstandsfähigsten organischen Substanz und hinterlässt eine Mischung aus übrig gebliebenen Mineralien und neuen Mineralien, die eingewaschen wurden und die Form des Knochens angenommen haben. In der Zwischenzeit fallen die zerbrechlichen Aminosäureketten der Proteine schnell auseinander. Schweitzer war „etwas erschrocken“ und wollte niemandem, schon gar nicht Horner, erzählen, was sie unter dem Mikroskop gesehen hatte.

Sie vertraute sich einem Kommilitonen an, der die Nachricht weitergab. Horner bekam Wind davon und rief Schweitzer an. „Sie sind an der richtigen Stelle, um rote Blutkörperchen zu sein“, sagte sie ihm. „Aber sie können keine roten Blutkörperchen sein. Das wissen wir alle.“

Horner selbst starrte 5 bis 10 Minuten lang auf das Präparat. „Beweisen Sie mir, dass sie es nicht sind“, sagte er.

Schweitzer sagt, dass dieser Moment ein Wendepunkt in ihrem Leben war. „Es war das Zweitwichtigste, was je jemand zu mir gesagt hat“, sagt sie. (Das erste war, als ihr früherer Ehemann ihre Arbeit über Dinosaurier als „irrelevant“ bezeichnete.) „So sollte die Wissenschaft funktionieren. Man kann nicht beweisen, dass etwas wahr ist. Aber man kann es widerlegen. Ich habe seitdem versucht, es zu widerlegen. Ich habe es immer noch nicht geschafft.“

Um der Spur der Blutzellen nachzugehen, schlug Horner vor, dass Schweitzer bei ihm promovieren sollte. Sie erhielt ihren Doktortitel 1995, wenige Tage vor ihrem 40. Und sie begann, zusammen mit Horner und anderen Arbeiten zu veröffentlichen, in denen sie Beweise dafür lieferte, dass diese scheinbaren roten Blutkörperchen das sichtbare Zeichen organischer Rückstände waren, die in Dinosaurierfossilien lauerten.

In ihrer ersten Arbeit, die 1997 im Journal of Vertebrate Paleontology veröffentlicht wurde, berichteten Schweitzer, Horner und Kollegen, dass die Spektroskopie und die chemischen Analysen von Extrakten aus einem T. rex-Oberschenkelknochens ergaben, dass Proteine erhalten geblieben waren, darunter eine Form von Kollagen, die in modernen Tierknochen häufig vorkommt.

Im Jahr 2005 versuchten Schweitzer, Horner und zwei Kollegen eine andere Technik. Sie lösten die Mineralien in einer fossilen T. rex-Probe auf. Was übrig blieb, so berichteten sie in Science, waren Strukturen, die wie millimetergroße Blutgefäße aussahen und sich wie echtes Gewebe bogen und dehnten, wenn man mit einer winzigen Pinzette daran zog. Horner, der heute am Burke Museum in Seattle, Washington, arbeitet, verdankt Schweitzer die Idee, das Fossil zu entmineralisieren – eine Praxis, die in der Paläontologie selten, bei Biologen, die moderne Knochen untersuchen, jedoch üblich ist. „Die vorgefasste Meinung war, dass nichts übrig bleiben könnte“, sagt er.

Schweitzers brisanteste Behauptung wurde zwei Jahre später in zwei Artikeln in Science veröffentlicht. In Proben ihres 68 Millionen Jahre alten T. rex entdeckten Schweitzer und seine Kollegen Mikrostrukturen, die auch in modernem Kollagen vorkommen, wie z. B. periodische Bänder alle 65 Nanometer, die zeigen, wie sich die Fasern zusammensetzen. Außerdem stellte das Team fest, dass Antikollagen-Antikörper an diese vermeintlichen Fasern gebunden waren. Schließlich analysierten sie dieselben Regionen mit dem Massenspektrometrie-Spezialisten John Asara von der Harvard University, der die Gewichte von sechs Kollagenfragmenten ermittelte und so ihre Aminosäuresequenzen errechnete. Die Sequenzen ähnelten denen heutiger Vögel, was die Fülle fossiler Beweise dafür untermauert, dass Vögel von ausgestorbenen Dinosauriern abstammen.

Andere stellten die Ergebnisse in Frage, indem sie vorschlugen, dass es sich bei den unter dem Mikroskop gesehenen Strukturen um bakterielle Biofilme handeln könnte und dass die Massenspektrometrie-Ergebnisse eine Kontamination mit modernem Vogelkollagen widerspiegeln könnten.

Aber Schweitzers Team machte weiter. Im Jahr 2009 berichteten sie, Asara und Kollegen in Science, dass sie Proteinfragmente aus einem zweiten Dinosaurier, einem 80 Millionen Jahre alten Hadrosaurier, isoliert hatten. Asaras Labor identifizierte acht Kollagenfragmente. Diesmal schickte Schweitzer Proben des Fossilienextrakts an ein unabhängiges Labor, das ebenfalls drei der Kollagenfragmente nachwies.

Gesamt zeigten die Sequenzen, dass das vermeintliche Hadrosaurier-Kollagen enger mit T. rex und Vögeln verwandt war als mit modernen Reptilien. „Dies beweist, dass die erste Studie keine Eintagsfliege war“, sagte Asara damals. Zwei Labors wiesen mit Antikörpertests auch die Proteine Laminin und Elastin nach, obwohl die Massenspektrometrie keine Sequenzen für diese Proteine ergab.

Am zweiten Tag ihrer Fossiliensuche haben Schweitzer und Kollegen einen langsamen Start, während der Chevy abgeschleppt und repariert wird. Schließlich sind sie zurück im Feld und schwärmen über die Aufschlüsse des Hell Creek aus. Vor sechsundsechzig Millionen Jahren durchstreiften T. rex und Triceratops hier eine heiße und feuchte Landschaft und durchquerten ein mäanderndes Flussdelta. Jetzt ist der Boden ausgedörrt und offen, so dass die Paläontologen Knochen entdecken können, die aus erodierten Hängen herausragen.

Schweitzer scannt den Boden, während sie geht, und erklärt, dass zuvor gesammelte Fossilien wahrscheinlich mit modernen Proteinen kontaminiert sind, die von Bakterien bis hin zu Menschen reichen. Wenn sie ein neues Skelett findet, lässt sie einen Teil davon im umgebenden Material eingeschlossen, um moderne Verunreinigungen fernzuhalten, und vermeidet es, organische Klebstoffe aufzutragen, die oft verwendet werden, um zerbrechliche Fossilien zusammenzuhalten.

Aber nach acht Stunden Fossiliensuche entdeckt das Team nur ein paar verirrte Knochenfragmente. „Heute gibt es keinen T. rex“, sagt Schweitzer.

Sie braucht mehr Fossilien, um den anhaltenden Trommelwirbel der Kritik zu beruhigen. Buckley und andere haben nicht nur das Schreckgespenst der Kontamination aufgeworfen, sondern auch argumentiert, dass Antikörper oft unspezifisch binden und falsch-positive Ergebnisse liefern. Die Kritiker wiesen auch darauf hin, dass eine der sechs Aminosäuresequenzen, die in der Studie von 2007 angegeben wurden, falsch zugeordnet wurde und wahrscheinlich falsch ist. Asara stimmte später zu und zog diese Sequenz zurück.

„Das ist besorgniserregend“, sagt Maria McNamara, eine Paläontologin am University College Cork in Irland. „Wenn man Behauptungen über die Erhaltung aufstellen will, muss man wirklich stichhaltige Argumente haben.

Buckley und Kollegen haben auch die Proteome von Straußen und Alligatoren genauer untersucht, wie sie am 31. Mai in den Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences berichten. Sie fanden heraus, dass eine Proteinsequenz in Schweitzers Daten, die angeblich nur bei Dinosauriern vorkommt, tatsächlich mit einer Sequenz von modernen Straußen übereinstimmt. Das vermeintliche Dinosaurierprotein könnte also eine Verunreinigung aus modernen Proben sein, sagt Buckley. „

Collins fügt hinzu, dass Schweitzers Proben nicht den Abbau zeigen, der bei bestimmten Aminosäuren nach so vielen Millionen Jahren zu erwarten ist; seine Arbeit legt nahe, dass Proteine höchstens eine Million Jahre überleben könnten.

Vinthers Ergebnisse machen ihn ebenfalls skeptisch. Er sucht nach organischen Stoffen in Dinosaurierfossilien, indem er die Moleküle mit Hilfe von Hitze in flüchtige Bestandteile zerlegt und sie durch ein Massenspektrometer laufen lässt. Er hat Anzeichen für relativ stabile organische Moleküle wie Cholesterin und das Pigment Melanin gefunden, aber er hat nie die verräterischen Bausteine von Proteinen gesehen.

Schweitzer und ihr Team haben detaillierte Antworten auf all diese Kritikpunkte. Elena Schroeter, Postdoktorandin an der NC State University und Expertin für Massenspektrometrie, stellt fest, dass das in den Dinosaurierproben gefundene Kollagen größtenteils nicht die von Collins gesuchten Aminosäuren enthält. Dort, wo diese Aminosäuren vorhanden sind, sind viele von ihnen tatsächlich abgebaut.

Was Vinthers Kritik angeht, sagt Schweitzer, dass seine Methode nicht geeignet ist, um Spuren von Proteinen zu finden, so dass es nicht überrascht, dass er die Ergebnisse ihres Teams nicht wiederholen konnte. „Sie halten sich nicht an unsere Techniken und kritisieren uns dann, wenn sie nicht die gleichen Ergebnisse erhalten“, sagt sie.

Sie fügt hinzu, dass ihr Team mehr als nur Kollagen findet: Es hat Sequenzen von acht Proteinen gefunden, die aus Blutgefäßen isoliert wurden und alle mit gängigen Gefäßproteinen wie Aktin, Tubulin und Hämoglobin übereinstimmen. Es ist schwer vorstellbar, dass sie alle von einer Verunreinigung stammen, sagt Schroeter. „

Im Januar berichtete Schweitzers Team im Journal of Proteome Research (JPR), dass es seine Analyse aus dem Jahr 2009 wiederholt hat, um auf die Kritik zu antworten, indem es neue Knochenstücke des Hadrosauriers analysierte und seine Laborverfahren überarbeitete, um Kontaminationen zu vermeiden. „Wir haben einen ganzen Meter Sediment um das Fossil herum belassen, keine Klebstoffe oder Konservierungsmittel verwendet und den Knochen nur in einer aseptischen Umgebung freigelegt. Das Massenspektrometer wurde vor dem Durchführen der Probe von Verunreinigungen befreit“, sagt Schweitzer. Das Team identifizierte acht Proteinfragmente, von denen zwei mit den zuvor gefundenen identisch waren.

Enrico Cappellini, Experte für Paläoproteomik am Naturhistorischen Museum Dänemarks an der Universität Kopenhagen, bezeichnete die Arbeit damals als „Meilenstein“. „Die Methodik und die Verfahren … wurden alle auf dem neuesten Stand der Technik durchgeführt.“ Der Nachweis von Proteinsequenzen sieht echt aus, sagte er. „

Nach der JPR-Veröffentlichung sagen einige, sie seien verwundert über die anhaltende Skepsis. „Ich verstehe das nicht“, sagt Johan Lindgren, ein Dinosaurierpaläontologe von der Universität Lund in Schweden, der seit kurzem mit Schweitzer zusammenarbeitet. „Es scheint, als ob mit zweierlei Maß gemessen wird“, denn einige Forscher ignorieren Schweitzers zahlreiche Beweise, während sie ihre eigenen kühnen Behauptungen aufstellen, die weniger gut abgesichert sind. „Sie ist extrem vorsichtig, um nicht zu übertreiben, was sie tut.“

Theodor stimmt zu. „Ich glaube, dass kulturelle Faktoren eine Rolle spielen“, sagt sie und weist darauf hin, dass nur wenige Frauen in leitenden Positionen in der Dinosaurierpaläontologie tätig sind. „Ich sage nicht, dass die Kritik unbegründet ist, aber sie ist heftiger, als sie es verdient.“ Sie sagt, dass Schweitzer enorme Anerkennung dafür bekommen sollte, dass sie die Forscher dazu gebracht hat, ihre Annahmen zu überdenken. „

Zurück in den Bergen von Montana klingt Schweitzers Stimme schwer, wenn sie über ihre Kritiker spricht, als hätte sie sich durch diese Begegnungen Narbengewebe zugezogen. „Das hat mich ein bisschen mitgenommen“, sagt sie. „Vielleicht bin ich für diese Rolle nicht geschaffen.“ Die Kämpfe haben sich auch auf ihre Finanzierung ausgewirkt; ihr Stipendium der National Science Foundation läuft im Herbst aus. „Ich mache mir ständig Sorgen, wie ich das Labor am Laufen halten soll“, sagt sie.

Aber als sie über einen trockenen Fleck in Hell Creek läuft, wird sie wieder munter bei der Aussicht auf Entdeckungen. „Das macht süchtig“, sagt sie und sucht den Boden nach alten Knochen ab. Dank eines privaten Spenders hat sie das Geld für weitere anderthalb Jahre. Und Capellini hat sich bereit erklärt, parallel zu ihrem Labor Proben von Dinosaurierzähnen zu analysieren, was ihre Behauptung, dass Proteine tiefe Zeiten überleben können, unabhängig untermauern könnte.

So macht Schweitzer weiter, läuft zügig durch die Badlands auf der Suche nach Fossilien, Proteinstücken und vielleicht eines Tages nach Akzeptanz. „Ich bin keine große Kämpferin“, sagt sie. „Aber ich bin sehr hartnäckig.“