Milepæl: Nu kan proteiner afsløre dino-hemmeligheder
For første gang har en forskergruppe overbevisende vist, at de har fundet levedygtige proteiner i en dinosaurknogle, mener en dansk forsker. Det åbner døren til en ny æra inden for fossilforskningen.
Dinosaur knogler proteiner

En 80 millioner år gammel lårbensknogle, som har tilhørt en planteædende dinosaur - og som måske har bevarede proteiner i sig. (Foto: Mary Schweitzer/North Carolina State University)

En forskergruppe fra North Carolina State University har udgivet et studie med en opsigtsvækkende konklusion:

Historien kort
  • Amerikanske forskere har isoleret proteiner fra en 80 mio. år gammel dino-knogle. 
  • Hvis fundet viser sig at holde stik, er vi på vej ind i en helt ny æra af fossilforskning.
  • Det vil bl.a. være muligt med større sikkerhed at placere dinosaurerne på livets stamtræ og ift. moderne dyr som fugle og alligatorer.

At det er muligt at trække proteiner ud af knoglerne på dinosaurer.

I studiet isolerer forskergruppen proteiner i en 80 millioner år gammel dinosaurknogle. Det er et ubegribeligt højt tal, når man tænker på, at proteinernes fætter – DNA – indtil videre som det absolut ældste er fundet bevaret i en 700.000 år gammel hest. Studiet er udgivet i tidsskriftet Journal of Proteome Research.

»Lige nu siger genetikken, at vi ikke kan gøre det, vi har gjort. Det viser bare, at reglerne ikke altid holder stik,« lyder det fra forskergruppens leder, palæontolog Mary Schweitzer.

Dansk forsker: »Et stort skridt«

I det nye studie har forskerne isoleret kollagen-peptider fra lårbenet på en 80 millioner år gammel dinosaur ved navn Brachylophosaurus, en type planteædere med brede hornnæb, som på dansk går under navnet 'andenæbsøgler'.

Kollagen er et protein, der findes i bindevæv, sener, hud og knogler, og peptider er byggestenene til protein.

Dinosaur knogler proteiner

Brachylophosaurus er en type planteædere med brede hornnæb, som på dansk går under navnet 'andenæbsøgler'. (Foto via Wiki Commons)

Protein og DNA

Egentlig er proteiner og DNA to sider af samme sag, idet DNA’et koder for, hvilke proteiner der skal komme til udtryk i cellerne.

Både proteiner og DNA nedbrydes over tid; forskellen er, at DNA-kæder falder fra hinanden hurtigere end proteiner.

Det er ikke første gang, gruppen påstår at have isoleret protein fra en dinosaur – men det er første gang, at det øvrige forskermiljø begynder at føle sig overbevist om deres arbejde. Sådan lyder meldingen i hvert fald fra postdoc Enrico Cappellini, som arbejder ved Statens Naturhistoriske Museum, Center for Geogenetik på Københavns Universitet. Han har ikke deltaget i det nye studie, men har læst det grundigt.

»Dette er en milepæl inden for proteinforskning. Nu ved vi, at vi kan udvinde autentiske proteinsekvenser fra dinosaurernes tid. Det er et stort skridt,« lyder det fra Enrico Cappellini, som tidligere har været skeptisk over for gruppens arbejde - men nu føler sig overbevist om, at deres resultater holder vand.

»Det her er det første resultat, jeg føler mig tryg ved og overbevist af. For første gang føler jeg mig sikker på, at de har benyttet sig af metoder, som er ’state of the art’.«

80 mio. er en markant påstand

Proteiner og DNA er egentlig to sider af samme sag, idet proteiner er de biologiske byggesten, som vores DNA koder for.

Proteiners nedbrydelse

Proteiner er opbygget af aminosyrer. Når proteiner indtages, nedbrydes de til enkelte aminosyrer - dog findes der stadig enkelte dipeptider og tripeptider (henholdsvis 2 og 3 aminosyrer sat sammen).

I 'normale' omgivelser nedbrydes proteiner omkring 10 gange langsommere end DNA. Under særlige omstændigheder kan nedbrydelsen dog forsinkes - men forskerne ved stadig meget lidt om, hvilke omstændigheder der skal til.

I artiklen her kan du læse mere om de faktorer, som Matthew Collins og hans gruppe fandt var afgørende for den forsinkede nedbrydelse af proteinerne i 3,8 millioner år gamle strudse-æggeskaller.

Den store forskel er, at proteinerne nedbrydes meget langsommere end DNA, og derfor er proteiner en gave i meget gamle prøver, hvor DNA for længst er nedbrudt.

Forskergruppen fra North Carolina State University har flere gange tidligere udgivet studier, hvor de har argumenteret for at have fundet bevarede proteinsekvenser i dinosaur-fossiler. Men hidtil har reaktionerne mildest talt været skeptiske.

Selvom proteiner er kendt for at være sejlivede, er 80 millioner år nemlig en markant påstand. I et opsigtsvækkende studie fra 2016 fandt forskerne fra Center for Geogenetik til sammenligning ud af, hvordan proteiner kunne overleve i en 3,8 millioner år gammel strudseæggeskal.

Én dino-prøve er ikke nok

For at overbevise det øvrige forskersamfund besluttede den amerikanske forskergruppe sig for at prøve igen – godt nok på en af de samme dinoprøver som tidligere, men derudover med helt nye metoder og mere rigide forholdsregler, som skulle imødekomme kritikken om, at der måske var forurening i prøverne.

»Massespektrometri og proteindatabaserne har udviklet sig så meget, siden de første resultater blev publiceret i 2009, og vi ville gerne adressere nogle af de usikkerheder, der var ved de første resultater,« siger Mary Schweitzer.

Hun forklarer, at gruppen med det nye studie også gerne ville demonstrere, at det er muligt gentagne gange at opnå denne type proteinsekvenser fra ældgamle fossiler. Et af kritikpunkterne af gruppens arbejde har nemlig været, at der blot er tale om et enkelt helt ekstraordinært velbevaret fossil, og at resultaterne – hvis de holdt stik – alligevel aldrig ville kunne gentages på andre prøver.

»Det er sejt, hvis man kan udvinde proteiner på én dinosaur, men det har ikke rigtig nogen værdi, for hvad skal vi så bruge det til? Men vi mener altså ikke, at det her kun handler om én ekstraordinær prøve,« lyder det fra Mary Schweitzer, som fortæller, at gruppen har data fra andre prøver, som indikerer det samme.

Du bryder ikke bare kemiens regler

Professor i biomolekylær arkæologi Matthew Collins er dog fortsat skeptisk. Han understreger, at han ikke har nærlæst det nye studie, og at han generelt har stor respekt for gruppens arbejde, men han har svært ved at forestille sig, hvordan resultaterne i det nye studie kan gå op.

I hans egen gruppes føromtalte studie om æggeskaller viste de, hvordan ændrede forhold i det ydre miljø kunne påvirke kemien i proteinernes nedbrydelse – men det var, som han siger, »en meget lille ændring«. Der skal radikale ændringer til, før kemiens regler ændrer sig så drastisk, at man kan gå fra 3,8 millioner til 80 millioner år, forklarer han.

Dinosaur knogler proteiner

Æggeskallerne stammer fra berømte arkæologiske udgravninger - bl.a. Wonderwerk-hulen i Sydafrika, som ses på billedet her. (Foto: Michael Chazan)

»Jeg leder selv efter systemer, som bryder reglerne, men faktum er, at der findes ret gode regler for, hvor hurtigt proteiner falder fra hinanden. Det var ikke magi, der gjorde, at proteinsekvenserne i æggeskallerne kunne overleve, det var kemi, og du bryder ikke bare kemiens regler. Men det ér spændende, og hvis resultaterne holder vand, blev mit eget arbejde lige meget, meget større,« siger Matthew Collins, som i mange år har arbejdet ved University of York, men netop er rykket til Københavns Universitet.

Han ønsker dog ikke at udtale sig yderligere, før han selv har haft en chance for at køre prøverne i sit eget laboratorium, siger han.

Massespektroskopi

En af grundpillerne i forskernes mulighed for at kigge på ældgamle proteiner er teknikken kaldet massespektroskopi.

Massespektroskopi er i sin enkelthed en teknik, hvor forskerne skærer de ældgamle prøver i småstykker og finder ud af vægten for hver af de små bidder.

Vægten kan forskerne bruge til at finde ud af, hvilke aminosyrer proteinerne er opbygget af. Når forskerne efterfølgende stykker aminosyrerne sammen, kan de finde ud af, hvilket protein de startede med at have.

Massespektroskopi blev første gang brugt på ældgamle prøver i år 2000.

Ekstraordinære påstande kræver ekstraordinære beviser

Mary Schweitzer understreger, at det er helt i orden, at det øvrige forskersamfund stiller spørgsmål ved hendes forskning. Det er sådan, forskning fungerer, siger hun.

»Det er blot miljøet, der gør sit arbejde, og spørgsmålene til vores forskning er og har hele tiden været helt valide. Ideen om, at proteiner fortsat eksisterer i en brugbar form i så gamle prøver, er en ’gamechanger’, og det bør kræve stor bevisbyrde. Men før eller siden er dataene så stærke, at man ikke længere kan ignorere dem.«

Hun stiller selv spørgsmålstegn ved andre forskeres arbejde – det er nemlig langt fra kun hendes egen gruppe, som forsøger at vise, at proteiner kan overleve i dinosaurfossiler, og her skal man måske finde en del af forklaringen på den store skepsis blandt kollegaerne.

Som hun siger: »Ekstraordinære påstande kræver ekstraordinære beviser.«

Kan proteiner være bevaret i 200 mio. år?

Ved et interessant sammentræf har en anden forskergruppe eksempelvis netop udgivet et nyt studie i Nature Communications om bevarede proteiner i et dinosaur-fossil, som er hele 195 millioner år gammelt.

I det nye studie undersøger forskerne knoglerne fra en planteædende, langhalset dinosaur ved hjælp af to kemiske analysemetoder ved navn FTIR-mikroskopi og Raman-spektroskopi, som kort forklaret går ud på at tilføre molekyler energi, hvorefter de vibrerer forskelligt og dermed giver indikationer på, om der for eksempel er proteiner tilstede.

Fossilet blev undersøgt in situ, altså mens det stadig var i jorden.

»Signalet kan lige så godt stamme fra alt muligt andet. Det fortæller ikke, hvad kilden er, hvor gammel den er, eller at der overhovedet er tale om et protein. Det kan højst bruges som underbyggende dokumentation,« lyder det fra Mary Schweitzer, som møder opbakning fra Elena R. Schroeter, ph.d.-studerende i professorens gruppe og førsteforfatter på deres nye studie.

»Det kan give dig bevis for, at det kan være tilstede, hvorimod den anden metode, vi selv benytter os af, massespektrometri, identificerer selve sekvensen. Det er to vidt forskellige metoder at angribe det på,« siger Elena R. Schroeter.

Dinosaur knogler proteiner

Sauropodomorph var en planteædende dinosaur, som havde lange halse og lange haler. De største af slagsen kunne kun gå, fordi deres bagben ikke kunne holde til vægten fra at trave eller galoppere. (Foto: Shutterstock)

»Man kan godt kalde det bevis«

Enrico Cappellini mener heller ikke umiddelbart, at resultaterne i det nye Nature Communications er stærke nok til at blive brugt som ’bevis’:

»Dette studie er ikke ret relevant i mine øjne. De observerer kun et signal, som kan stemme overens med kemien af kollagen. De har ingen beviser.«

Ifølge en af studiets forfattere, professor Robert Reisz fra University of Toronto, er der dog tale om detaljerytteri. Han understreger, at gruppens førsteforfatter, ph.d. Yao-Chang Lee fra National Synchrotron Radiation Research Center, Taiwan, er en af de førende eksperter på de kemiske analysemetoder.

»Vi kan faktisk identificere de stykker, som ligger i og rundt om karrene og giver kollagen-signalet. Det mener jeg godt, man kan kalde et bevis. Indrømmet, vi udtrak ikke materialet, men det unikke ved vores studie er netop, at det er udført in situ.«

Får konsekvenser for fossilforskning

Om der er tale om 3,8, 80 eller 195 millioner år er dog ligegyldigt i den henseende, at proteiner for tiden bliver ved med at sprænge rammerne for, hvad vi troede var muligt – og langt overgå DNA i sin evne til at kigge tilbage i tiden.

Det kommer til at få konsekvenser for vores evne til at studere fossiler på det molekylære plan fremover, mener Mary Schweitzer.

»Med ældgamle proteiner ved hånden vil vi for eksempel kunne placere uddøde dyr mere præcist på livets stamtræ, hvor de i dag kun er løseligt klassificeret ud fra morfologi. Genskabelse af peptider giver desuden forskerne mulighed for at fastslå det evolutionære forhold mellem dinosaurer og moderne dyr som eksempelvis fugle og alligatorer,« forklarer hun.

Morfologi

Morfologi er læren om organismers form og udseende og tager derfor ikke hensyn til genetik.

I gamle dage klassificerede man primært dyrearter ud fra morfologi.

Proteiner tager genetikken længere tilbage i tid

Forskerne er enige om, at der er enormt potentiale i proteinforskningen, som ifølge Enrico Cappellini »tager genetikken endnu længere tilbage i tiden.«

Han mener ikke længere, der er usikkerhed om, hvorvidt det er muligt at isolere protein fra prøver helt tilbage fra dinosaurernes tid. Dermed er vi på vej ind i en ny æra.

»Tænk på, hvilken styrke der blev frigivet, da DNA åbnede døren til fortiden. Indtil nu har vi ikke haft adgang til så fjern en tid, som da dinosaurerne levede – men det har vi nu. Proteiner kan ikke give os det samme niveau af viden, som DNA kan, men hvis alternativet er ingen genetisk viden, kan proteinernes bidrag være enormt.«

Lyt på Videnskab.dk!

Hver uge laver vi digital radio, der udkommer i form af en podcast, hvor vi går i dybden med aktuelle emner fra forskningens verden. Du kan lytte til den nyeste podcast i afspilleren herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Har du en iPhone eller iPad, kan du finde vores podcasts i iTunes og afspille dem i Apples podcast app. Bruger du Android, kan du med fordel bruge SoundClouds app.
Du kan se alle vores podcast-artikler her eller se hele playlisten på SoundCloud