‘Het kan me niet schelen wat ze over me zeggen’: Paleontoloog trotseert critici in haar jacht op dinosaurus-eiwitten

NORTHEASTERN MONTANA-De eerste dag van Mary Schweitzer’s dinosaurusjacht van 2017 verloopt niet goed. Het team heeft onder de hoge zomerzon zonder succes gezocht naar de fossielrijke lagen die zich hier door het dorre grasland vlechten. Dan, tegen zonsondergang, barst de verouderde Chevy Suburban waarin zij en vier collega’s rijden uit in een kortstondig, poltergeist-achtig spektakel – met deursloten die op en neer springen en meerdere waarschuwingslampjes die tegelijkertijd op het dashboard knipperen. Tenslotte geeft de auto de geest en stopt volledig.

Het is een moeilijk begin van een week waarin Schweitzer van plan is om grote stukken privé-terrein te doorkruisen op zoek naar de meest noordelijke ontsluitingen van beddingen die de Hell Creek Formation worden genoemd. Op nabijgelegen openbaar land hebben deze zelfde beddingen tientallen fossielen van dinosaurussen opgeleverd, maar er zijn geen paleontologen bekend die dit deel van het land hebben uitgekamd, dat in de late jaren 1800 werd bewoond. “We hebben echt geluk dat we hier zijn,” zegt Schweitzer, een dinosaurus-paleontoloog aan de North Carolina State University (NC State) in Raleigh.

Ze neemt de tegenslagen in de auto op de koop toe, genietend van de zonsondergang terwijl anderen in haar groep bellen voor hulp. De uitdagingen van het veldwerk zijn van ondergeschikt belang vergeleken met de storm van kritiek die ze te verduren heeft gekregen voor de centrale bewering van haar werk: dat haar team fragmenten van eiwitten heeft teruggevonden van dinosaurussen van wel 80 miljoen jaar oud.

Het bewijs, dat ze heeft uiteengezet in een reeks papers in Science en andere tijdschriften, daagt de traditionele opvattingen uit over wat een fossiel is: een stenen replica van het oorspronkelijke bot. Als die “steen” eiwitten van het levende dier bevat, “weet ik niet meer wat de definitie is,” zegt Schweitzer.

Belangrijker is dat het in staat zijn om intacte dinosauruseiwitten te analyseren de paleontologie zou veranderen in een moleculaire wetenschap, veel zoals oud DNA-onderzoek de studie van onze menselijke voorouders heeft veranderd. “Als zacht weefsel bewaard is gebleven, is er een hele hoop dat we kunnen uitzoeken,” zegt Jessica Theodor, paleontoloog aan de Universiteit van Calgary in Canada. “Het is baanbrekend.”

Onderzoekers kunnen misschien moleculaire methoden gebruiken om de stamboom van dinosaurussen uit te werken, en antwoorden te krijgen op aloude vragen zoals of dinosaurussen warm- of koudbloedig waren en wanneer veren begonnen te worden gebruikt om te vliegen. Als de ontdekkingen van Schweitzer worden bevestigd, kunnen zij een glimp opvangen van dinosauriërs in levende lijve.

Maar niemand, behalve Schweitzer en haar medewerkers, is in staat geweest hun werk te repliceren. Hoewel de studie van oude eiwitten, of paleoproteomics, een hoge vlucht neemt, met provocerende nieuwe resultaten die om de paar weken worden aangekondigd, zijn de meeste bevindingen afkomstig van monsters van duizenden of honderdduizenden jaren oud – orden van grootte jonger dan Schweitzer’s dinosaurussen.

“Ik wil dat ze gelijk hebben,” zegt Matthew Collins, een vooraanstaand paleoproteomics-onderzoeker aan de Universiteit van York in het Verenigd Koninkrijk. “Het is geweldig werk. Ik kan het alleen niet repliceren.”

Anderen zijn harder, en suggereren dat Schweitzer’s eiwitstukjes afkomstig zijn van bacteriën of contaminanten. “Het is problematisch dat geen enkel ander lab in staat is geweest om het werk van Mary Schweitzer te repliceren,” zegt Jakob Vinther, een paleontoloog aan de Universiteit van Bristol in het Verenigd Koninkrijk, die dat wel heeft geprobeerd. “Het idioom dat uitzonderlijke beweringen uitzonderlijk bewijs vereisen blijft bestaan,” voegt Michael Buckley toe, een paleontoloog aan de Universiteit van Manchester, ook in het Verenigd Koninkrijk.

Schweitzer, die pas laat op het vakgebied kwam, en wier ongebruikelijke achtergrond haar tot een buitenstaander maakt op een gebied dat nog steeds door mannen wordt gedomineerd, is niet bang. Ze heeft tientallen jaren aan haar zaak gewerkt. Nu hoopt ze op haar Hell Creek-expeditie nieuwe, goed bewaarde fossielen te vinden die misschien oeroude proteïnen herbergen – en nieuw bewijsmateriaal om de twijfelaars te overtuigen. “Het kan me niet schelen wat ze over me zeggen,” zegt ze. “Ik weet dat mijn werk goed is.”

Een derde generatie Montananan, Schweitzer, 62, groeide op buiten Helena als de jongste van drie kinderen in een conservatief katholiek gezin. Haar vader, met wie ze een hechte band had, stierf aan een hartaanval toen ze 16 was. Schweitzer zocht troost in het fundamentalistische christendom en nestelde zich diep in haar nieuwe gemeenschap. Ze verwierp ook de evolutie en nam het geloof aan dat de aarde slechts 6000 jaar oud is.

Na het behalen van een graad in audiologie, trouwde Schweitzer en kreeg drie kinderen. Ze ging terug naar school aan de Montana State University in Bozeman voor een onderwijsdiploma, met het plan om lerares wetenschappen op middelbare scholen te worden. Maar toen woonde ze een lezing over dinosaurussen bij van Jack Horner, nu gepensioneerd aan de universiteit, die model stond voor de paleontoloog in de oorspronkelijke Jurassic Park-film. Na de lezing ging Schweitzer naar Horner toe om te vragen of ze zijn les mocht bijwonen.

“Hoi Jack, ik ben Mary,” herinnert Schweitzer zich dat ze hem vertelde. “Ik ben een jonge aarde creationist. Ik ga je laten zien dat je het mis hebt over evolutie.”

“Hoi Mary, ik ben Jack. Ik ben een atheïst,” zei hij tegen haar. Toen stemde hij ermee in dat ze de cursus mocht bijwonen.

In de volgende 6 maanden opende Horner Schweitzer’s ogen voor het overweldigende bewijs dat evolutie en de oudheid van de aarde ondersteunt. “Hij probeerde me niet te overtuigen,” zegt Schweitzer. “Hij legde me gewoon het bewijs voor.”

Ze verwierp veel fundamentalistische opvattingen, een pijnlijke bekering. “Het heeft me veel gekost: mijn vrienden, mijn kerk, mijn man.” Maar het vernietigde haar geloof niet. Ze had het gevoel dat ze Gods handwerk zag in het in gang zetten van de evolutie. “In 1990 bood ze zich aan als vrijwilliger om in het lab van Horner te werken, waar ze stukjes bot van de Tyrannosaurus rex in dunne plakjes sneed om te analyseren. Onder een lichtmicroscoop zag Schweitzer groepen van rode cirkelvormige structuren die voor de wereld leken op rode bloedcellen.

Schweitzer wist dat dit neerkwam op paleontologische ketterij: Volgens de leerboeken vervalt bij de vorming van fossielen al het organische materiaal, op de hardste na, en blijft er een mengsel over van overgebleven mineralen plus nieuwe mineralen die zijn uitgelekt en de vorm van het bot hebben aangenomen. Ondertussen vallen de fragiele aminozuurketens in eiwitten snel uit elkaar. Schweitzer voelde zich “een beetje angstig” en wilde niemand vertellen, en Horner al helemaal niet, wat ze onder de microscoop had gezien.

Ze nam een medestudent in vertrouwen, die het nieuws verspreidde. Horner kreeg lucht en riep Schweitzer erbij. “Ze zijn op de juiste plaats om rode bloedcellen te zijn,” herinnert ze zich hem te vertellen. “Maar het kunnen geen rode bloedcellen zijn. Dat weten we allemaal.”

Horner staarde zelf 5 tot 10 minuten naar de dia. “Bewijs me dat ze het niet zijn,” zei hij.

Schweitzer zegt dat dit moment een keerpunt in haar leven was. “Het was het op één na meest impactvolle wat iemand ooit tegen me heeft gezegd,” zegt ze. (De eerste was toen haar voormalige echtgenoot haar werk aan dinosaurussen “irrelevant” noemde.) “Dat is de manier waarop wetenschap zou moeten werken. Je kunt niet bewijzen dat iets waar is. Maar je kunt het wel weerleggen. Ik heb sindsdien geprobeerd om het te weerleggen. En dat is nog steeds niet gelukt.”

Om de bloedcel-lead te volgen, stelde Horner voor dat Schweitzer bij hem zou promoveren. Ze promoveerde in 1995, een paar dagen voor haar 40e verjaardag. En ze begon samen met Horner en anderen artikelen te publiceren, waarin bewijs werd geleverd dat die schijnbare rode bloedcellen het zichtbare teken waren van organische resten die op de loer lagen in dinosaurusfossielen.

In hun eerste artikel, gepubliceerd in het Journal of Vertebrate Paleontology in 1997, meldden Schweitzer, Horner en collega’s dat spectroscopie en chemische analyses van extracten van een dijbeen van een T. rex dijbeen suggereerden dat eiwitten bewaard waren gebleven, waaronder een vorm van collageen die veel voorkomt in moderne dierlijke botten.

In 2005 probeerden Schweitzer, Horner, en twee collega’s een andere techniek. Zij losten de mineralen in een fossiel van de T. rex op; wat overbleef, zo rapporteerden zij in Science, waren structuren die leken op millimeter lange bloedvaten die als echt weefsel buigden en uitrekten wanneer er met een pincet aan werd getrokken. Horner, nu verbonden aan het Burke Museum in Seattle, Washington, schrijft Schweitzer toe aan het idee om het fossiel te demineraliseren, een praktijk die in de paleontologie zeldzaam is, maar gebruikelijk voor biologen die moderne botten bestuderen. “Het vooropgezette idee was dat er niets kon overblijven,” zegt hij.

Schweitzer’s meest explosieve claim kwam 2 jaar later in twee artikelen in Science. In monsters van hun 68 miljoen jaar oude T. rex zagen Schweitzer en collega’s microstructuren die ook in modern collageen voorkomen, zoals periodieke banden om de 65 nanometer, die aangeven hoe de vezels zich samenvoegen. Het team ontdekte ook dat anticollageen-antilichamen zich aan deze vezels bonden. Tenslotte analyseerden zij diezelfde gebieden met de massaspectrometriespecialist John Asara van de Harvard Universiteit, die het gewicht van zes collageenfragmenten berekende en zo de aminozuursequenties ervan kon berekenen. De sequenties leken op die van hedendaagse vogels, en ondersteunden de schat aan fossiel bewijs dat vogels afstammen van uitgestorven dinosauriërs.

Anderen betwistten de bevindingen en suggereerden dat de structuren die onder de microscoop te zien waren, misschien bacteriële biofilms waren, en dat de massaspectrometrieresultaten misschien een weerspiegeling waren van besmetting met modern vogelcollageen.

Maar Schweitzer’s team ging door. In 2009 meldden zij, Asara en collega’s in Science dat zij eiwitfragmenten hadden geïsoleerd van een tweede dinosaurus, een 80 miljoen jaar oude hadrosaurus. Het lab van Asara identificeerde acht collageenfragmenten. Deze keer stuurde Schweitzer monsters van het fossiele extract naar een onafhankelijk lab, dat ook drie van de collageen fragmenten detecteerde.

Collectief toonden de sequenties aan dat het vermeende hadrosaurus collageen nauwer verwant was aan T. rex en vogels dan aan moderne reptielen. “Dit bewijst dat de eerste studie geen een-hit-wonder was,” zei Asara destijds. Twee laboratoria detecteerden ook de eiwitten laminine en elastine met antilichaamtesten, hoewel massaspectrometrie geen sequenties voor deze eiwitten opleverde.

Op dag twee van hun fossielenjacht krijgen Schweitzer en collega’s een langzame start terwijl de Chevy wordt versleept en gerepareerd. Eindelijk zijn ze terug in het veld, uitwaaierend over de Hell Creek ontsluitingen. Zesenzestig miljoen jaar geleden zwierven T. rex en Triceratops hier door een heet en vochtig landschap, dwars door een meanderende rivierdelta. Nu is de grond uitgedroogd en blootgesteld, zodat de paleontologen botten kunnen vinden die uit de geërodeerde hellingen steken.

Schweitzer scant de grond terwijl ze loopt, en legt uit dat eerder verzamelde fossielen waarschijnlijk besmet zijn met moderne eiwitten van alles, van bacteriën tot mensen. Als ze een nieuw skelet vindt, laat ze een deel ervan in het omringende materiaal zitten om moderne verontreinigingen buiten te houden en de organische lijm te vermijden die vaak wordt gebruikt om breekbare fossielen bij elkaar te houden.

Maar na acht uur fossielen jagen ziet het team slechts een paar verdwaalde botfragmenten. “Geen T. rex vandaag,” zegt Schweitzer.

Ze heeft meer fossielen nodig om de aanhoudende stroom van kritiek te doen verstommen. Buckley en anderen hebben niet alleen het spookbeeld van besmetting opgeworpen, maar ook betoogd dat antilichamen vaak niet-specifiek binden en vals-positieve resultaten opleveren. Critici merkten ook op dat één van de zes aminozuursequenties die in het artikel van 2007 werden gerapporteerd, verkeerd was toegewezen en waarschijnlijk onjuist is. Asara was het daar later mee eens en trok die specifieke sequentie in.

“Dat is zorgwekkend,” zegt Maria McNamara, een paleontologe aan het University College Cork in Ierland. “Als je bewaringsclaims gaat maken, moet je echt strakke argumenten hebben. Op dit moment denk ik dat we daar nog niet helemaal zijn.”

Buckley en collega’s doken ook dieper in de proteomen van struisvogels en alligators, zoals ze op 31 mei rapporteerden in de Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. Zij ontdekten dat een proteïnenreeks in Schweitzer’s gegevens die uniek zou zijn voor dinosaurussen, in feite overeenkomt met een reeks van moderne struisvogels. Het vermeende dinosauruseiwit zou dus een contaminant van moderne monsters kunnen zijn, aldus Buckley. “Je kunt het niet uitsluiten.”

Collins voegt eraan toe dat Schweitzer’s monsters niet de afbraak vertonen die bij bepaalde aminozuren na zoveel miljoenen jaren wordt verwacht; zijn werk suggereert dat eiwitten hooguit een miljoen jaar kunnen overleven.

Vinther’s resultaten maken hem ook sceptisch. Hij zoekt naar organische stoffen in dinosaurusfossielen door moleculen met behulp van hitte af te breken tot vluchtige componenten en deze door een massaspectrometer te voeren. Hij heeft tekenen opgepikt van relatief stabiele organische moleculen zoals cholesterol en het pigment melanine, maar hij heeft nog nooit de verraderlijke bouwstenen van proteïnen gezien.

Schweitzer en haar team hebben gedetailleerde replieken op al deze kritieken. NC State postdoc en massaspectrometrie expert Elena Schroeter merkt op dat het collageen in hun dinosaurusmonsters meestal de aminozuren ontbeert die Collins opspoorde. Waar die specifieke aminozuren wel aanwezig zijn, zijn er inderdaad veel afgebroken.

Wat de kritiek van Vinther betreft, zegt Schweitzer dat zijn methode niet geschikt is voor het vinden van sporen van eiwitten, dus is het niet verwonderlijk dat hij de resultaten van haar team niet kon repliceren. “Ze volgen onze technieken niet, en dan bekritiseren ze ons wanneer ze niet dezelfde resultaten krijgen,” zegt ze.

Ze voegt eraan toe dat haar team meer vindt dan collageen: Het heeft sequenties gevonden van acht eiwitten uit bloedvaten, die allemaal overeenkomen met veel voorkomende vaten-eiwitten, zoals actine, tubuline en hemoglobine. Het is moeilijk voor te stellen dat die allemaal afkomstig zijn van vervuiling, zegt Schroeter. “Op welk punt wordt vervuiling zo onwaarschijnlijk dat het geen parsimonieuze verklaring is?” vraagt ze.

In januari meldde Schweitzer’s team in het Journal of Proteome Research (JPR) dat het zijn analyse uit 2009 had overgedaan om de critici te beantwoorden, door nieuwe stukken bot van de hadrosaurus te analyseren en hun labprocedures te herwerken om vervuiling te voorkomen. “We lieten een volledige meter sediment rond het fossiel achter, gebruikten geen lijm of conserveringsmiddelen en stelden het bot alleen bloot in een aseptische omgeving. De massaspectrometer werd vrijgemaakt van verontreinigende stoffen voordat het monster werd uitgevoerd,” aldus Schweitzer. Het team identificeerde acht eiwitfragmenten, waarvan er twee identiek waren aan die welke eerder waren gevonden.

Toen noemde Enrico Cappellini, een paleoproteomics-expert aan het Natuurhistorisch Museum van de Universiteit van Kopenhagen, het paper “een mijlpaal.” “De methodologie en procedures … zijn allemaal op het hoogste niveau uitgevoerd.” Het bewijs van eiwitsequenties ziet er echt uit, zei hij. “De implicaties zijn groot.”

Na het JPR-paper zeggen sommigen dat ze verbaasd zijn over het aanhoudende scepticisme. “Ik snap het niet,” zegt Johan Lindgren, een dinosauruspaleontoloog van de Lund Universiteit in Zweden, die sinds kort samenwerkt met Schweitzer. “Het lijkt wel of er met twee maten wordt gemeten,” waarbij sommige onderzoekers Schweitzer’s meervoudige bewijzen negeren terwijl ze hun eigen stoutmoedige beweringen doen die minder onderbouwd zijn. “Ze is uiterst voorzichtig om niet te overdrijven wat ze doet.”

Theodor is het daarmee eens. “Ik denk wel dat culturele factoren meespelen,” zegt ze, erop wijzend dat weinig vrouwen hoge posities bekleden in de paleontologie van dinosaurussen. “Ik zeg niet dat de kritiek ongegrond is, maar ze is meer venijnig dan ze verdient.” Ze vindt dat Schweitzer veel lof verdient voor het feit dat ze onderzoekers ertoe heeft aangezet hun veronderstellingen te heroverwegen. “Zelfs als ze het op sommige punten bij het verkeerde eind blijkt te hebben, heeft ze een enorme hoeveelheid werk gestimuleerd. Terug in de Montana weide klinkt Schweitzer’s stem zwaar als ze haar critici bespreekt, alsof ze littekenweefsel heeft opgebouwd door deze ontmoetingen. “Het heeft een beetje van me gevergd,” zegt ze. “Misschien ben ik niet geschikt voor die rol.” De gevechten hebben ook een tol geëist van haar financiering; haar toelage van de National Science Foundation loopt in de herfst af. “Ik maak me voortdurend zorgen of ik het lab wel draaiende kan houden,’ zegt ze. Maar als ze over een dor stuk Hell Creek loopt, schiet ze weer overeind bij het vooruitzicht van ontdekkingen. “Het is verslavend,” zegt ze, terwijl ze de grond afspeurt naar oud bot. Dankzij een particuliere donateur heeft ze geld voor nog eens anderhalf jaar. En Capellini heeft ermee ingestemd om samen met haar lab monsters van dinosaurustanden te analyseren, wat onafhankelijke steun zou kunnen bieden voor haar bewering dat eiwitten diepe tijden kunnen overleven.

Dus Schweitzer gaat door, loopt stevig door de badlands op zoek naar fossielen, stukjes eiwit, en, misschien op een dag, acceptatie. “Ik ben niet zo’n vechter,” zegt ze. “Maar ik ben erg koppig. “