Met een mondkapje, een pet met kleppen en blauwe rubberhandschoenen aan oogt de Amerikaanse paleontoloog Evan Saitta meer als een man in de supermarkt tijdens een pandemie dan als een onderzoeker op veldwerk.
Maar hij staat in de woestenij in het Canadese Dinosaur Provincial Park, dat bekendstaat om de dinosaurusfossielen, en daarom is Saitta ook zo degelijk ingepakt.
Hij is niet bang om besmet te worden met een virus – hij moet de fossielen juist tegen hemzelf beschermen.
Hij probeert te voorkomen dat zijn eigen DNA op de botten belandt – want hij zoekt naar het DNA dat de botten zelf wellicht bevatten.
Saitta wil een verhit wetenschappelijk debat beslechten. Enerzijds beweert een aantal onderzoekers de afgelopen jaren sensationele vondsten te hebben gedaan van dinosaurusbotten met sporen van zacht weefsel: bloedvaten, eiwitten, cellen en zelfs DNA.
Anderzijds wijzen wetenschappers erop dat dergelijke ongelofelijke ontdekkingen niet goed zijn gecheckt door onafhankelijke onderzoekers – het lijkt ze niet dat de tere moleculen miljoenen jaren in de bodem goed blijven.
Paleontoloog Evan Saitta zoekt met masker en rubberhandschoenen naar fossielen.
Evan Saitta, expert in de afbraak van weefsel en verstening, behoort bij de laatste categorie, maar hij wil niet in de discussie blijven hangen.
Hij is zelf DNA gaan zoeken om de zaak op te kunnen helderen. Terug in het laboratorium stelt hij zijn vondsten bloot aan alles wat de moderne wetenschap te bieden heeft aan elektronenmicroscopen en gensequentiemachines.
En hij maakt ook nieuwe fossielen van dode vogels en hagedissen om beter te begrijpen wat er met de lichaamsmoleculen gebeurt.
Er staat veel op het spel voor Saitta, en voor ons allemaal, want als de botten echt miljoenen jaren oud DNA van dinosauriërs bevatten, blaast dat een oude droom die de wetenschappers hadden opgegeven, nieuw leven in: de dinosauriërs tot leven wekken.
Is klonen van dinosauriërs als in Jurassic Park mogelijk?
In de film Jurassic Park boort iemand een gat in een klomp barnsteen naar een mug die daar al miljoenen jaren in gevangen zit. Uit de buik van het insect zuigt de onderzoeker voorzichtig diens laatste maaltijd op – dinobloed met DNA.
Het DNA zit vol gaten, maar die zijn op te vullen met kikker-DNA, en als het opgelapte genoom in een eitje geplaatst wordt, groeit er een echte dinosaurus uit.
Toen de film uitkwam in 1993, leek het opzienbarende scenario best mogelijk te zijn.
In het echt hadden wetenschappers net DNA van insecten in barnsteen gevonden, en er was net een nieuwe methode bedacht om genomen op te stellen aan de hand van kleine klompjes DNA.
Later bleek dat de barnsteenvondsten waren verontreinigd met huidig DNA, en dat de methode niet goed werkte. Sindsdien wordt betwijfeld of DNA wel miljoenen jaren kan overleven.
Hoe kun je dinosauriërs tot leven wekken?
DNA extraheren uit botpoeder
De onderzoekers verpulveren een deel van het bot en lossen het poeder op in een vloeistof. Daarna kunnen ze DNA extraheren en de sequentie aflezen. Eventuele gaten in de sequentie worden op de computer gevuld door vergelijkbare sequenties van vogels, de huidige verwanten van de dino’s.
Erfelijk materiaal opnieuw opbouwen
Het opgelapte genoom wordt vanaf de computer geprint. Daartoe worden kleine ketens van DNA-basen samengesteld en tot grotere stukken verlijmd. Eerder hebben wetenschappers deze methode gebruikt om genomen van bacteriën helemaal op te bouwen.
DNA van een vogelcel overbrengen
De onderzoekers nemen een bevruchte eicel van een vogel af en verwijderen het DNA heel voorzichtig uit de celkern. Vervolgens brengen ze hun dinosaurusgenoom in de cel aan. Een vergelijkbare methode is toegepast in 1996, toen wetenschappers een schaap kloonden.
Cel plaatsen in kunstmatig ei
De eicel deelt zich in enkele dagen in een petrischaal tot een embryo. Dat wordt in een kunstmatig ei geplaatst en kan uitgroeien tot een levensvatbaar dinosaurusje, net als een kuiken in een kippenei.
Is de DNA-techniek uit Jurassic Park onderzocht?
In 2013 onderzocht een Brits onderzoeksteam insecten in kopal, een tussenstadium tussen hars en barnsteen. De insecten waren 60.000 tot 10.600 jaar oud, en bevatten geen DNA.
Ook versteende botten vertonen geen spoor van zulk oud DNA. Het oudste complete genoom stamt van een 700.000 jaar oud paardenbot gevonden in permafrost.
In 2012 probeerde een Deens-Australisch onderzoeksteam vast te stellen welke houdbaarheidsdatum geldt voor DNA.
Ze onderzochten de toestand van het DNA bij de uitgestorven vogel moa en berekenden hoe het genetisch materiaal afgebroken was.
De botten bleken al na 1,5 miljoen jaar geen DNA-fragmenten meer te hebben die groot genoeg zijn om de sequentie van te bepalen.
Dinosauriërs – met uitzondering van de vogels – verdwenen 66 miljoen jaar terug, dus hun DNA kan niet meer goed zijn.
Eiwitten bevatten eveneens genetische informatie doordat hun structuur de DNA-code weerspiegelt en ze langer meegaan dan DNA. Maar de oudste eiwitten die met zekerheid zijn gevonden, zijn 3,4 miljoen jaar oud, dus ze lossen het probleem niet op.
Toch is de zoektocht naar DNA, eiwitten en andere sporen van zacht weefsel van de dinosauriërs de afgelopen jaren intensiever geworden, en Montana in het noordwesten van de VS is het epicentrum van de nieuwe moleculaire paleontologie.
Paleontoloog Jack Horner, wetenschappelijk adviseur bij de Jurassic Park-films, heeft hier zijn lab in het Museum of the Rockies. Inmiddels is hij met pensioen, maar zijn oud-studenten gaan door met het debat over de levensduur van DNA en eiwitten.
Kunnen dinosaurusfossielen of -botten DNA bevatten?
Het is een punt van veel discussie of fossielen of botten DNA van dinosauriërs kunnen bevatten.
Een van Jack Horners voormalige studenten is moleculair paleontoloog Mary Schweitzer. Samen met collega’s bracht ze de afgelopen jaren omstreden vondsten naar buiten, die erop duiden dat gave botten zacht weefsel kunnen bevatten.
Ze is ook betrokken bij een ontdekking uit 2020, met een andere oud-student van Jack Horner, Alida Bailleul. In twee dinosaurusfossielen uit Montana zouden ze het eiwit collageen gevonden hebben in iets dat op kraakbeen lijkt.
En ook hebben ze celachtige structuren ontdekt, waarvan sommige zich lijken te delen, en andere langwerpige vormen bevatten die mogelijk celkernen zijn – vol DNA.
De ontdekkingen werden gedaan in de schedel van twee ‘eendenbekdinosauriërs’ die 75 miljoen jaar terug in Montana leefden. Jack Horner was bij de vondst ervan in 1979, toen hij een hele broedplaats ontdekte die bekendstaat als ‘Egg Mountain’ in Montana.
De schedels werden in dunne plakjes gesneden en geconserveerd, en in 2020 deden onderzoekers nieuwe ontdekkingen in de oude vondst.
Ze vergeleken de fossielen met de schedel van een jonge emoe, en voerden tests uit met zowel de oude als de nieuwe schedels.
Die plaatsten ze in een zuurbad tot al het anorganische materiaal was opgelost, en daarna voegden ze er antistoffen aan toe, die normaal gesproken worden gevormd door het immuunsysteem in de strijd tegen bacteriën en virussen.
Antistoffen zijn er in vele varianten, allemaal met de eigenschap dat ze zich vrijwel uitsluitend aan één type eiwit kunnen binden.
Daarom worden ze gebruikt om te bepalen of een eiwit in een monster aanwezig is. Zo toonde Schweitzer aan dat de emoe en de fossielen collageen bevatten dat voorkomt in kraakbeen.
De onderzoekers denken dat de kop van de jonge dino’s deels met kraakbeen waren bedekt waar de beenplaten uiteindelijk met elkaar zouden vergroeien.
En als er nog kraakbeen aanwezig is, dan mogelijk ook DNA, want kraakbeen is niet zo poreus als bot en is wellicht een betere DNA-drager.
Het team ging ook na of de cellen van de emoe en de celachtige structuren van de fossielen DNA bevatten.
De wetenschappers deden dit met een pigment dat zich bindt aan DNA – en de stof hechtte zich aan zowel de emoe als de fossielen.
Dat duidt erop dat DNA – of in elk geval fragmenten van DNA – 75 miljoen jaar in botten kan overleven. En Schweitzer en haar collega’s staan niet alleen in hun theorie.
Zo zeggen Britse onderzoekers sporen van kraakbeenvezels en bloedcellen te hebben gevonden in een aantal dinosaurusbotten – zelfs al waren die botten niet in bijster goede staat.
Daarom denken ze niet alleen dat zacht weefsel kan overleven, maar dat dit zelfs vaker voorkomt dan iemand ooit had durven hopen.
Vooral door die bewering trok Evan Saitta zijn beschermende uitrusting aan en ging hij op zoek naar DNA en eiwitten in het Canadese Dinosaur Provincial Park.
Botten hebben verrassing in petto
Saitta verzamelde fossielen volgens steriele richtlijnen om ze tijdens het graven niet te vervuilen. De 75 miljoen jaar oude botten waren van een verwant van de driehoornige Triceratops.
Ze werden naar labs aan universiteiten in Princeton in de VS en Bristol en York in Groot-Brittannië gestuurd en op verschillende manieren geanalyseerd om fouten en vergissingen te voorkomen.
Ze werden echter niet zoals Mary Schweitzers fossielen getest met antistoffen, omdat dat vals-positieve resultaten kan geven.
Alle analyses kwamen tot dezelfde slotsom: de monsters waren niet vervuild en er waren geen sporen van collageen.
Maar er volgde wel een verrassing: de botten zaten vol DNA – alleen niet van dinosauriërs.
Aan botfragmenten van de gehoornde dinosaurus Centrosaurus (links) werd een rode kleurstof toegevoegd die zich bindt aan DNA (rechts). Op de afbeelding zie je dat de botten veel DNA bevatten – 50 keer zo veel als het omringende gesteente.
Het DNA was afkomstig van de vele microben die zich in de botten hadden genesteld. In totaal vonden Saitta en collega’s 46 soorten bacteriën en andere microben, waaronder nog onbekende soorten. En sommige van die microben kunnen collageen afbreken.
‘Dit laat zien dat botten niet erg geschikt zijn om zacht weefsel te beschermen. Ze zijn geen “tijdcapsule”, maar poreuze en open systemen die organisch materiaal de bodem in laten lopen en microben toelaten,’ zegt Evan Saitta.
Hij denkt dat de DNA-sporen die andere onderzoekers hebben gevonden, van microben zijn en dat de collageenachtige eiwitten mogelijk door schimmels gevormd zijn.
De structuren, die lijken op cellen, celkernen en bloedvaten, kunnen ook ontstaan zijn door de binnendringende microben.
Hoe kun je fossiele dinosauriërs op DNA onderzoeken?
Het zoeken naar fossielen in de wildernis is slechts een klein deel van Saitta’s werk. Hij gebruikt ook totaal andere – en creatievere – methoden om te onderzoeken of fossielen hun eigen moleculen kunnen behouden.
Als een dier sterft, moet het eerst worden bedolven onder bijvoorbeeld zand om te kunnen verstenen – en dat gebeurt alleen gedurende miljoenen jaren op grote diepte, bij extreem hoge druk en temperaturen. Dat proces probeert Saitta in het laboratorium na te bootsen.
Robots wekken dinosauriërs tot leven
Omgekeerde evolutie maakt van een kip een dinosaurus
Vogels stammen af van dinosauriërs en hebben daar nog genetische restjes van. Paleontoloog Jack Horner wil aan de hand daarvan de evolutie van vogels terugdraaien. Met behulp van het geninstrument CRISPR probeert hij het DNA van kippen op dat van dinosauriërs te laten lijken. Het project is echter nog verre van geslaagd.
Robots bewegen zich voort als prehistorische dieren
Diverse musea en pretparken stellen robotdinosauriërs tentoon, maar die zijn vaak klunzig en zelden wetenschappelijk juist. Nieuwe robottechnologie kan robotbewegingen nu vloeiender maken. En paleontologen hebben de laatste jaren robots gemaakt met bewegingen en een uiterlijk dat op sporen gebaseerd is.
Hologrammen laten dieren zweven
Een dinosaurus in volle beweging is op een enorme 3D-figuur geprojecteerd. De hologramtechnologie is nog niet ver, maar ontwikkelt zich snel. In een proef werd een klein, verlicht plastic kogeltje snel maar gecontroleerd rondgeblazen door luchtgolven, waardoor er een vliegende 3D-vlinder in de lucht verscheen.
Eerder heeft hij organische materialen blootgesteld aan grote hitte en druk in een afgesloten vat.
Stoffen die in het natuurlijke proces zouden verdampen of wegsijpelen, kunnen in deze situatie echter niet ontsnappen en blijven uiteindelijk als een kleverige massa in de tank achter.
Daarom hebben Saitta en zijn collega Tom Kaye een nieuwe methode ontwikkeld.
Ze plaatsen delen van dode hagedissen of kippen in klei in een stalen zuiger, die met een hydraulische pers aan een druk van enkele tonnen wordt onderworpen.
Het resultaat is een plaat van 1,25 cm hoog, die 24 uur lang de oven in gaat bij meer dan 200 ºC. De instabiele moleculen kunnen nu weglekken door de poreuze klei, waardoor de kunstmatige fossielen net echt lijken.
Saitta’s experimenten duiden erop dat alleen skeletten en het pigment melanine bewaard blijven tijdens de verstening. Vrijwel al het andere, inclusief collageen, gaat verloren.
De experimenten bevestigen dat pigmenten tot de weinige biomoleculen behoren die miljoenen jaren goed kunnen blijven.
De pigmenten van een dier kunnen miljoenen jaren bewaard blijven. Pigmenten in de staartveren van Sinosauropteryx laten zien dat de staart gestreept was.
Toch is de discussie over eiwitten en DNA in fossielen nog lang niet voorbij. Mary Schweitzers laatste vondst uit Montana rakelt alles weer op.
Maar Saitta zoekt naar stabielere biomoleculen, zoals aminozuren, de kleinste bouwstenen van eiwitten.
Daar kunnen we misschien geen dinosauriërs mee klonen, maar ze gaan langer mee dan eiwitten en DNA en kunnen zo inzicht geven in het leven van de dieren.
Uit nieuw onderzoek blijkt dat barnsteen – net als in Jurassic Park – bepaalde moleculen miljoenen jaren kan conserveren.
Paleontologen hebben dinosaurusveren in barnsteen gevonden. Nieuw onderzoek duidt erop dat sommige oorspronkelijke aminozuren – de bouwstenen van eiwitten – daarin intact zijn.
Saitta kijkt echter naar iets anders: dinosauruseieren. ‘Eierschalen zijn interessant omdat ze, in tegenstelling tot botten, kunnen fungeren als gesloten systemen.
En misschien hebben ze mechanismen om korte sequenties van aminozuren miljoenen jaren te bewaren.’ En die theorie heeft hij bevestigd.
In 2020 vond hij sporen van aminozuren in een 80 miljoen jaar oud dinosaurusei.