’I don’t care what they say about me’: Paleontologist stares down critics in her hunt for dinosaur proteins

NORTHEASTERN MONTANA-The first day of Mary Schweitzer’s 2017 dinosaur hunt isn’t going well. Zespół bezskutecznie przeszukuje w letnim słońcu bogate w skamieliny warstwy, które przecinają tutejsze jałowe pastwiska. Pod koniec zachodu słońca starzejący się Chevy Suburban, w którym jedzie wraz z czterema kolegami, wybucha krótkim, przypominającym poltergeista spektaklem – zamki drzwi podskakują i opadają, a na desce rozdzielczej jednocześnie miga wiele lampek ostrzegawczych. W końcu samochód oddaje ducha i zatrzymuje się całkowicie.

Jest to trudny początek tygodnia, podczas którego Schweitzer planuje przemierzyć ogromne połacie prywatnej własności w poszukiwaniu najbardziej na północ wysuniętych wychodni pokładów zwanych formacją Hell Creek. Na pobliskiej ziemi publicznej te same pokłady przyniosły wiele skamieniałości dinozaurów, ale nie wiadomo, czy paleontolodzy przeszukiwali tę część pastwisk, zasiedloną pod koniec XIX wieku. „Mamy prawdziwe szczęście, że tu jesteśmy” – mówi Schweitzer, paleontolog dinozaurów z Uniwersytetu Stanowego Karoliny Północnej (NC State) w Raleigh.

Przyjmuje ona motoryzacyjne przeciwności losu z ulgą, ciesząc się zachodem słońca, podczas gdy inni z jej grupy dzwonią po pomoc. Wyzwania pracy w terenie są niewielkie w porównaniu z burzą krytyki, którą zniosła za centralne twierdzenie swojej pracy: że jej zespół odzyskał fragmenty białek z dinozaurów tak starych jak 80 milionów lat.

Dowód, który przedstawiła w serii artykułów w Science i innych czasopismach, rzuca wyzwanie tradycyjnym wyobrażeniom o tym, czym jest skamielina: kamienna replika oryginalnej kości. Jeśli ten „kamień” zawiera białka z żywego zwierzęcia, „nie wiem, jaka jest już definicja”, mówi Schweitzer.

Co ważniejsze, możliwość analizy nienaruszonych białek dinozaurów przekształciłaby paleontologię w naukę molekularną, podobnie jak badania starożytnego DNA przekształciły badania naszych ludzkich przodków. „Jeśli tkanka miękka jest zachowana, możemy dowiedzieć się wielu rzeczy” – mówi Jessica Theodor, paleontolog z Uniwersytetu w Calgary w Kanadzie. „To jest przełomowe.”

Badacze mogą być w stanie wykorzystać metody molekularne do opracowania drzewa genealogicznego dinozaurów i uzyskać odpowiedzi na długoletnie pytania, takie jak to, czy dinozaury były ciepłolub zimnokrwiste i kiedy pióra zaczęły być używane do lotu. Odkrycia Schweitzera, jeśli zostaną potwierdzone, mogą stanowić przebłyski dinozaurów w ciele.

Ale nikt poza Schweitzerem i jej współpracownikami nie był w stanie powtórzyć ich pracy. Chociaż badanie starożytnych białek, czyli paleoproteomika, nabiera rozpędu, z nowymi, prowokacyjnymi wynikami ogłaszanymi co kilka tygodni, większość ustaleń pochodzi z próbek sprzed tysięcy lub setek tysięcy lat – o rząd wielkości młodszych niż dinozaury Schweitzera.

„Chcę, żeby mieli rację” – mówi Matthew Collins, czołowy badacz paleoproteomiki na Uniwersytecie York w Wielkiej Brytanii. „To wspaniała praca. Ja po prostu nie mogę jej zreplikować.”

Inni są ostrzejsi i sugerują, że kawałki białka Schweitzera pochodzą od bakterii lub zanieczyszczeń. „To problematyczne, że żadne inne laboratorium nie było w stanie zreplikować pracy Mary Schweitzer,” mówi Jakob Vinther, paleontolog na Uniwersytecie w Bristolu w Wielkiej Brytanii, który próbował to zrobić. „Idiom, że wyjątkowe roszczenia wymagają wyjątkowych dowodów pozostaje”, dodaje Michael Buckley, paleontolog na Uniwersytecie w Manchesterze, również w Wielkiej Brytanii.

Schweitzer, która przyszła na pole późno, i której niezwykłe tło rzuca ją jako outsider w dziedzinie wciąż zdominowanej przez mężczyzn, nie jest stchórzona. Spędziła dekady na budowaniu swojej tezy. Teraz, podczas swojej wyprawy do Hell Creek, ma nadzieję znaleźć nowe, dobrze zachowane skamieniałości, które mogą być siedliskiem starożytnych białek – i nowe dowody, które przekonają wątpiących. „Nie obchodzi mnie, co o mnie mówią” – mówi. „Wiem, że moja praca jest dobra.”

Trzecie pokolenie Montan, Schweitzer, 62 lata, dorastała poza Heleną jako najmłodsze z trojga dzieci w konserwatywnej katolickiej rodzinie. Jej ojciec, z którym była bardzo blisko, zmarł na atak serca, gdy miała 16 lat, a Schweitzer zwróciła się ku fundamentalistycznemu chrześcijaństwu w poszukiwaniu ukojenia, głęboko zakorzeniając się w swojej nowej społeczności. Odrzuciła również ewolucję i przyjęła wiarę, że Ziemia ma tylko 6000 lat.

Po uzyskaniu stopnia licencjata w audiologii, Schweitzer wyszła za mąż i miała troje dzieci. Wróciła do szkoły na Montana State University w Bozeman, aby uzyskać stopień naukowy, planując zostać nauczycielem przedmiotów ścisłych w szkole średniej. Ale wtedy usiadła na wykładzie o dinozaurach prowadzonym przez Jacka Hornera, obecnie emerytowanego pracownika uniwersytetu, który był pierwowzorem paleontologa w oryginalnym filmie Jurassic Park. Po wykładzie Schweitzer podeszła do Hornera, by zapytać, czy mogłaby zrewidować jego zajęcia.

„Cześć Jack, jestem Mary”, wspomina Schweitzer, mówiąc mu. „Jestem kreacjonistką młodej Ziemi. Zamierzam pokazać ci, że mylisz się co do ewolucji.”

„Cześć Mary, jestem Jack. Jestem ateistą” – powiedział jej. Następnie zgodził się, by mogła uczestniczyć w kursie.

W ciągu następnych 6 miesięcy Horner otworzył Schweitzerowi oczy na przytłaczające dowody potwierdzające ewolucję i starożytność Ziemi. „Nie próbował mnie przekonać,” mówi Schweitzer. „Po prostu wyłożył dowody.”

Odrzuciła wiele fundamentalistycznych poglądów, co było bolesnym nawróceniem. „Wiele mnie to kosztowało: moich przyjaciół, mój kościół, mojego męża”. Ale nie zniszczyło to jej wiary. Czuła, że widziała dzieło Boże w wprawianiu ewolucji w ruch. „To sprawiło, że Bóg stał się większy” – mówi.

W 1990 roku zgłosiła się na ochotnika do pracy w laboratorium Hornera, krojąc kawałki kości Tyrannosaurusa rexa na cienkie odcinki do analizy. Pod mikroskopem Schweitzer zobaczyła grupy czerwonych, okrągłych struktur, które wyglądały jak czerwone krwinki.

Schweitzer wiedziała, że jest to paleontologiczna herezja: Zgodnie z podręcznikami, kiedy powstają skamieniałości, wszystkie, z wyjątkiem najtwardszej materii organicznej, ulegają rozkładowi, pozostawiając mieszankę resztek minerałów oraz nowych, które wniknęły do kości i przyjęły jej kształt. W międzyczasie kruche łańcuchy aminokwasów w białkach szybko się rozpadają. Czując się „nieco przerażony,” Schweitzer nie chciał powiedzieć nikomu, najmniej z wszystkich Horner, co widziała pod scope.

Uwierzyła w kolegę studenta, który rozprzestrzenił wiadomości. Horner złapał wiatr w żagle i wezwał Schweitzera. „Są w odpowiednim miejscu, aby być czerwonymi krwinkami”, wspomina, że powiedziała mu. „Ale nie mogą być czerwonymi krwinkami. Wszyscy to wiemy.”

Horner sam wpatrywał się w slajd przez 5 do 10 minut. „Udowodnij mi, że nie są,” powiedział.

Schweitzer mówi, że ten moment był punktem zwrotnym w jej życiu. „To była druga najbardziej wpływowa rzecz, jaką ktokolwiek kiedykolwiek do mnie powiedział”, mówi. (Pierwsza była wtedy, gdy jej były mąż nazwał jej pracę nad dinozaurami „nieistotną”). „Właśnie w ten sposób powinna działać nauka. Nie można udowodnić, że coś jest prawdą. Ale można to obalić. Od tamtego czasu próbuję to obalić. I wciąż tego nie zrobiłem.”

Aby ścigać trop komórek krwi, Horner zasugerował, by Schweitzer realizowała z nim doktorat. Zrobiła doktorat w 1995 roku, na kilka dni przed swoimi 40. urodzinami. I zaczęła publikować prace z Hornerem i innymi, przedstawiając dowody na to, że te pozorne czerwone krwinki były widocznym znakiem organicznych pozostałości czających się w skamieniałościach dinozaurów.

W swojej pierwszej pracy, opublikowanej w Journal of Vertebrate Paleontology w 1997 roku, Schweitzer, Horner i współpracownicy donieśli, że spektroskopia i analizy chemiczne ekstraktów z kości udowej T. rex femur sugeruje zachowane białka, w tym formy kolagenu obfite w nowoczesnych kości zwierząt.

W 2005 roku, Schweitzer, Horner, i dwóch kolegów próbował innej techniki. Rozpuścili minerały w próbce skamieliny T. rex; to, co pozostało, donieśli w Science, to struktury wyglądające jak milimetrowe naczynia krwionośne, które zginały się i rozciągały jak prawdziwa tkanka, gdy szarpane były przez maleńką pęsetę. Horner, obecnie pracujący w Burke Museum w Seattle w stanie Waszyngton, przypisuje Schweitzerowi pomysł demineralizacji skamieliny, praktyki rzadko stosowanej w paleontologii, ale powszechnej dla biologów badających współczesne kości. „Z góry zakładano, że nic nie może pozostać”, mówi.

Najbardziej wybuchowe twierdzenie Schweitzera pojawiło się 2 lata później w dwóch pracach w Science. W próbkach z ich 68-milionowego T. rex, Schweitzer i koledzy zauważyli mikrostruktury powszechnie widziane w nowoczesnym kolagenie, takie jak okresowe pasma co 65 nanometrów, które odzwierciedlają sposób, w jaki włókna się gromadzą. W innej linii dowodowej, zespół odkrył, że przeciwciała antykolagenowe związały się z tymi rzekomymi włóknami. Wreszcie, przeanalizowali te same regiony ze specjalistą spektrometrii masowej z Uniwersytetu Harvarda, Johnem Asarą, który uzyskał wagę sześciu fragmentów kolagenu i w ten sposób opracował ich sekwencje aminokwasowe. Sekwencje przypominały te z dzisiejszych ptaków, wspierając bogactwo dowodów kopalnych, że ptaki pochodzą od wymarłych dinozaurów.

Inni zakwestionowali odkrycia, sugerując, że struktury widoczne pod lunetą mogą być biofilmami bakteryjnymi, i że wyniki spektrometrii masowej mogą odzwierciedlać zanieczyszczenie współczesnym kolagenem ptaków.

Ale zespół Schweitzera naciskał dalej. W 2009 roku ona, Asara i współpracownicy donieśli w Science, że wyizolowali fragmenty białek z drugiego dinozaura, 80-milionowego hadrozaura. Laboratorium Asary zidentyfikowało osiem fragmentów kolagenu. Tym razem Schweitzer wysłał próbki kopalnego ekstraktu do niezależnego laboratorium, które również wykryło trzy fragmenty kolagenu.

Zbiorczo, sekwencje pokazały, że rzekomy kolagen hadrozaura był bliżej spokrewniony z T. rex i ptakami niż ze współczesnymi gadami. „To dowodzi, że pierwsze badania nie były jednorazowym cudem”, powiedział Asara w tym czasie. Dwa laboratoria wykryły również białka lamininy i elastyny za pomocą testów z przeciwciałami, chociaż spektrometria masowa nie wykryła sekwencji tych białek.

Drugiego dnia polowania na skamieliny Schweitzer i koledzy powoli zaczynają pracę, podczas gdy Chevy jest holowany i naprawiany. W końcu są z powrotem w terenie, rozglądając się po wychodniach Hell Creek. Sześćdziesiąt sześć milionów lat temu T. rex i Triceratops przemierzały tutaj gorący i wilgotny krajobraz, przemierzając meandrującą deltę rzeki. Teraz ziemia jest wyschnięta i odsłonięta, więc paleontolodzy mogą dostrzec kości wystające z erodowanych zboczy.

Schweitzer skanuje ziemię podczas spaceru, wyjaśniając, że wcześniej zebrane skamieniałości są prawdopodobnie skażone współczesnymi białkami pochodzącymi od wszystkiego, od bakterii po ludzi. Jeśli znajdzie nowy szkielet, pozostawi jego część zamkniętą w otaczającym materiale, aby utrzymać nowoczesne zanieczyszczenia na zewnątrz i uniknąć stosowania klejów organicznych często używanych do trzymania delikatnych skamieniałości razem.

Ale po 8 godzinach polowania na skamieniałości, zespół zauważa tylko kilka zabłąkanych fragmentów kości. „Nie ma dziś T. rexa”, mówi Schweitzer.

Potrzebuje więcej skamielin, aby uciszyć nieustające bicie bębna krytyki. Oprócz podniesienia widma skażenia, Buckley i inni twierdzili, że przeciwciała często wiążą się niespecyficznie i dają fałszywie dodatnie wyniki. Krytycy zauważyli również, że jedna z sześciu sekwencji aminokwasów podanych w pracy z 2007 roku została błędnie przypisana i prawdopodobnie jest nieprawidłowa. Asara później zgodził się i wycofał tę szczególną sekwencję.

„To niepokojące”, mówi Maria McNamara, paleontolog na University College Cork w Irlandii. „Jeśli masz zamiar wysuwać roszczenia dotyczące zachowania, naprawdę musisz mieć mocne argumenty. W tym momencie nie sądzę, że jesteśmy całkiem tam.”

Buckley i koledzy również zanurkowali głębiej w proteomach strusi i aligatorów, jak zgłosili 31 maja w Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. Odkryli, że sekwencja białka w danych Schweitzera zgłoszonych jako unikalne dla dinozaurów faktycznie pasuje do sekwencji z nowoczesnych strusi. Tak więc rzekome białko dinozaurów może być zanieczyszczeniem z nowoczesnych próbek, mówi Buckley. „Nie można tego wykluczyć.”

Collins dodaje, że próbki Schweitzera nie wykazują degradacji oczekiwanej w niektórych aminokwasach po tylu milionach lat; jego praca sugeruje, że białka mogą przetrwać najwyżej milion lat.

Wyniki Vinthera również skłaniają go do sceptycyzmu. Szuka on substancji organicznych w skamielinach dinozaurów, wykorzystując ciepło do rozbicia cząsteczek na lotne składniki i przepuszczając je przez spektrometr masowy. Podniósł oznaki stosunkowo stabilnych cząsteczek organicznych, takich jak cholesterol i pigment melanina, ale nigdy nie widział charakterystycznego budulca białek.

Schweitzer i jej zespół mają szczegółowe riposty na wszystkie te krytyki. NC State postdoc i ekspert spektrometrii mas Elena Schroeter zauważa, że kolagen widziany w ich próbkach dinozaurów głównie brakuje aminokwasów Collins śledzone. Tam, gdzie te szczególne aminokwasy są obecne, wiele z nich jest rzeczywiście zdegradowanych.

Jeśli chodzi o krytykę Vinthera, Schweitzer mówi, że jego metoda nie nadaje się do znalezienia śladowych ilości białek, więc nic dziwnego, że nie mógł powtórzyć wyników jej zespołu. „Nie stosują naszych technik, a potem krytykują nas, gdy nie uzyskują takich samych wyników”, mówi.

Dodaje, że jej zespół znajduje więcej niż kolagen: Odzyskał sekwencje z ośmiu białek wyizolowanych z tego, co wydaje się być naczyniami krwionośnymi, wszystkie pasujące do wspólnych białek naczyń, takich jak aktyna, tubulina i hemoglobina. Trudno sobie wyobrazić, że wszystkie pochodzą z zanieczyszczenia, mówi Schroeter. „W którym momencie zanieczyszczenie staje się tak mało prawdopodobne, że nie jest to prawdopodobne wyjaśnienie?” pyta.

W styczniu zespół Schweitzera poinformował w Journal of Proteome Research (JPR), że przerobił swoją analizę z 2009 roku, by odpowiedzieć na krytykę, analizując nowe kawałki kości hadrozaura i przerabiając procedury laboratoryjne, by uniknąć zanieczyszczenia. „Pozostawiliśmy cały metr osadu wokół skamieliny, nie używaliśmy klejów ani konserwantów, a kość naświetlaliśmy tylko w środowisku aseptycznym. Spektrometr masowy został oczyszczony z zanieczyszczeń przed pobraniem próbki” – mówi Schweitzer. Zespół zidentyfikował osiem fragmentów białek, z których dwa były identyczne z tymi znalezionymi wcześniej.

W tym czasie Enrico Cappellini, ekspert paleoproteomiki na Uniwersytecie Kopenhaskim w Muzeum Historii Naturalnej Danii, nazwał papier „kamieniem milowym”. „Metodologia i procedury … wszystko zostało wykonane na poziomie state-of-the-art”. Dowody sekwencji białek wyglądają realnie, powiedział. „Implikacje są duże.”

Po papierze JPR, niektórzy mówią, że są zdziwieni przez uporczywy sceptycyzm. „Nie rozumiem tego”, mówi Johan Lindgren, paleontolog dinozaurów z Lund University w Szwecji, który niedawno rozpoczął współpracę z Schweitzerem. „Wygląda na to, że mamy do czynienia z podwójnymi standardami” – niektórzy badacze ignorują liczne dowody Schweitzera, a jednocześnie wysuwają własne śmiałe twierdzenia, które mają mniejsze poparcie. „Ona jest niezwykle ostrożna, by nie wyolbrzymiać tego, co robi.”

Theodor zgadza się. „Myślę, że czynniki kulturowe odgrywają tu rolę”, mówi, zauważając, że niewiele kobiet zajmuje wysokie stanowiska w paleontologii dinozaurów. „Nie twierdzę, że krytyka jest bezpodstawna, ale jest bardziej wściekła niż na to zasługuje”. Mówi ona, że Schweitzer powinna otrzymać ogromny kredyt za popchnięcie badaczy do ponownego przemyślenia swoich założeń. „Nawet jeśli okaże się, że myli się w jakimś szczególe, to pobudziła ogromną ilość pracy.”

Z powrotem w Montana rangeland, głos Schweitzera brzmi ciężko jak ona omawia swoich krytyków, jakby zbudowała tkankę bliznowatą z tych spotkań. „To mnie trochę zdominowało,” mówi. „Może nie jestem stworzona do tej roli”. Walki odbiły się również na jej finansowaniu; jej grant z Narodowej Fundacji Nauki kończy się jesienią. „Nieustannie martwię się o utrzymanie laboratorium,” mówi.

Ale gdy spaceruje po jałowym skrawku Hell Creek, znów się cieszy na myśl o odkryciach. „To uzależnia” – mówi, skanując ziemię w poszukiwaniu starożytnych kości. Dzięki prywatnemu darczyńcy ma pieniądze na kolejne półtora roku. A Capellini zgodził się przeanalizować próbki zębów dinozaurów równolegle z jej laboratorium, które może zaoferować niezależne wsparcie dla jej twierdzenia, że białka mogą przetrwać głęboki czas.

Więc Schweitzer naciska dalej, idąc szybko przez badlands w poszukiwaniu skamielin, kawałków białka i, być może pewnego dnia, akceptacji. „Nie jestem typem wojownika,” mówi. „Ale jestem bardzo uparta.”