Lesz valaha igazi Jurassic Parkunk?

Facebook Tetszik

2022. július 08. - Magyar János.

Az utóbbi időben, és most különösen az új Jurassic World mozifilm kapcsán, többször is felmerültek olyan híresztelések, hogy a valódi Jurassic Park megvalósításának a lehetősége már nincs túl messze. Pár hónapja, például a gyapjas mamut (Mammuthus primigenius) klónozásával kapcsolatban is a közbeszédbe került a téma. Tavaly pedig a híres milliárdos, Elon Musk egyik munkatársa, Max Hodak jelentette ki a következőt a közösségi oldalán: "Ha akarnánk, valószínűleg fel tudnánk építeni a Jurassic Parkot. A dinoszauruszok genetikailag nem valódi dinoszauruszok lennének, de talán 15 évnyi tenyésztés és mérnöki munka után szuper új és egzotikus fajok születhetnének." Habár azt nem tudhatjuk, hogy ők valóban terveznek-e egy ilyen, őshüllőkkel kapcsolatos prehisztorikus állatkertet építeni, utánajártam annak, hogy a közeljövőben lehet-e valódi dinoszauruszokkal teli Jurassic Parkunk.

T. rex a Jurassic Park című filmből. Pecsics Tibor alkotása..

Azt már nagyjából a ’90-es évek közepétől tudjuk, hogy a mozifilmből ismert módszer nem járható út, vagyis egy megkövesedett fagyantában, azaz egy borostyánban megőrződött vérszívó rovarból hiába próbálnánk kinyerni örökítőanyagot. A látszat ellenére a borostyánkő nem védi meg teljesen a benne található lények maradványait a külvilág hatásaitól.

Tele van mikroszkopikus repedésekkel, amelyeken keresztül bejutva a víz és a levegő károsítja a szerves anyagot. Mindemellett a borostyán (és a benne található zárvány) a fosszilizálódás során számos környezeti változáson, megfagyáson és felmelegedésen megy keresztül, amely szintén nem kedvez az örökítőanyagnak. Továbbá, ami a legnagyobb problémának számít ebből a szempontból, az az, hogy a DNS egy rendkívül instabil molekula. Már az élő szervezet sejtjeiben is károsodik, csak a sejtmagban található javító mechanizmusoknak köszönhetően marad többé-kevésbé ép. Ezek a javító mechanizmusok a szervezet öregedésével lassulnak, az élőlény pusztulásával pedig magától érthetően leállnak.

Kihalt moa fajok (Dinornithiformes) maradványaiból származó örökítőanyagok alapján Morten Allentoft és munkatársai kiszámolták, hogy ideális körülmények között (tehát közel semleges kémhatású közegben, víztől elzárt helyen, a csontok belsejében és állandó -5°C-on) a DNS 6 830 000 év alatt bomlik le teljesen. Ilyen hosszú ideig szinte lehetetlen fenntartani ezeket az örökítőanyag számára ideális körülményeket, így a természetben a folyamat ennél sokkal gyorsabban lezajlik. Ezért problémás az a próbálkozás is, amikor magukból a több millió éves csontmaradványokból próbálnak meg kinyerni DNS-t.

A DNS tehát egyetlen módon maradhat meg épségben évtízmilliókig, mégpedig szaporodás útján, az élő leszármazottakban. A dinoszauruszok többsége azonban 66 millió évvel ezelőtt, utódok nélkül eltűnt a Föld színéről. Csak egyetlen specializált csoportjuk maradt fenn, a madarak. A madarak a sejtjeikben tehát tárolják az ősibb, kisméretű Theropoda dinoszauruszok génjeinek többségét, bár jó részük „alvó”, illetve módosult állapotban van. Ha ezeket a géneket vissza tudnánk alakítani, illetve újraaktiválni, akkor megkaphatnánk egy olyan állatot, amely ezekre a raptorszerű dinoszauruszokra vonatkozó minden jellegzetességgel bír. Mivel a madarak is dinoszauruszok, ezért elviekben ez egy valódi dinoszaurusz lenne, annak ellenére, hogy nem egy olyan konkrét fajt hoznának vissza, amely korábban valóban létezett.

Ezen a vonalon indult el Dr. John Robert Horner amerikai paleontológus, akit mindenki Dr. Jack Horner-ként ismer (valamint arról is, hogy a Jurassic Park és Jurassic World filmek tudományos szaktanácsadója volt), és kutatócsapata, akik elhatározták, hogy egy madár laboratóriumi módosításával létrehoznak egy ősi tulajdonságokkal bíró dinoszaurusz madarat. Ez a „Dino chicken” vagy „Chickenosaurus” becenéven elhíresült projekt. És valószínűleg erre a kutatásra utalt Max Hodak is a tavalyi Twitter bejegyzésében. De nézzük meg, hogy mit is takarhat pontosan ez a kutatási projekt.

Először is, vegyük számba, hogy nagyjából miben különböznek a ma élő madarak az őseiktől. A főbb különbségek a következők: A madaraknak fogakkal teli állkapcsok helyett fogatlan csőrkáváik vannak. A szemüregek környékén található prefrontale és postorbitale nevű csontok a madarak esetében hiányoznak (megjegyzés: a prefrontale már néhány madárszerű dinoszaurusz esetében is, mint például amilyen a Velociraptor mongoliensis, vagy az Archaeopteryx lithographica, összeforrt a könnycsonttal). A mellső végtagjaik ujjatlan szárnyakká fejlődtek, a hátsó végtagjaikban a lábközépcsontok összeforrtak, ez alkotja a csüdöt. A szárkapocscsont nagymértékben elcsökevényesedett, valamint a negyedik lábujj (a hallux) helye megváltozott (pontosabban szembefordult a többivel). A farokcsigolyáik nagy részét elvesztették, a megmaradtak pedig összenőttek.

Ahhoz, hogy megkapjuk a kívánt dinoszaurusz-szerű állatot, előbb meg kell találnunk azokat a géneket, amelyek a fent említett tulajdonságokat kódolják a madarakban, majd ezután módosítani kell rajtuk.

A madarak embrionális fejlődése elején még a hüllőkéhez hasonló fejformával rendelkeznek. Mind a prefrontale, mind a postorbitale csontelemek magjai megvannak, de idővel más koponyaelemekhez forrnak. Később a koponya elején lévő premaxilla nevű csontok összekapcsolódnak és megnyúlnak. Az alsó állkapocs elülső fele is megnyúlik, és ezek alkotják végül a csőr nagy részét. A prefrontale és a postorbitale csontok fejlődése még további kutatást igényel, de a csőr kialakításában két gén fehérjéje játssza a főszerepet. Ezek a FGF és a Wnt nevű gének. Ha a madarak embrionális fejlődése során olyan anyagot juttatunk be a szervezetükbe, mint például a su5402 inhibitor, az gátolja ennek a két gén fehérjéinek a működését, így a csőr helyett hüllőszerű arckoponyával fog rendelkezni a kikelő állat. Erre jött rá Dr. Bhart-Anjan Singh Bullhar és Dr. Arhat Abzhanov, a Yale Egyetem alkalmazottjai, a kísérletük alatt.

Balra: csirke embrió koponya, középen: módosított csirke embrió koponya, jobbra: aligátor embrió koponya. Forrás: Bhart-Anjan Bhullar.

Korábban egy másik kutatás során Dr. Matthew Harrisnek, illetve Dr. Thimios A. Mitsiadisnek és munkatársaiknak pedig két különböző módszerrel is sikerült házityúk embriók (Gallus gallus domesticus) csőrében kezdetleges fogakat is növeszteni, annak ellenére, hogy úgy gondolták, a madarak ezt a képességet több mint 70 millió évvel ezelőtt elvesztették.

Mivel a madarak korai embrionális fejlődése során megfigyelhető az emlős fogképződés kezdeti szakaszára emlékeztető orális epitélium megvastagodás, ezért az első alkalommal háziegér (Mus musculus) embriókból kinyert, az orális mesenchyma nevű szövet kialakulásáért felelős velősáncot ültették be a tyúkembriók állkapcsába. Az emlősök foga a szájban található epitélium szövet és az alatta elhelyezkedő, velősánc eredetű mesenchymális szövet kölcsönhatása során alakul ki, így feltételezhető volt, hogy ebben az esetben is hasonlóan fog alakulni a dolog. A feltételezés helyes volt, ugyanis a kísérlet eredményeként fogakra emlékeztető képletek jelentek meg a csirke embrióknál.

A kutatás továbbgondolása az volt, hogy a beültetett egérszövetek minden bizonnyal csak beindították a fogképződést és a csirke embriók szervezete szövetcsere nélkül is képes lehet rá. Így a következő kutatás eredményeként már a Béta-catenin fehérje termelés ösztönzésével próbálkoztak, és így is sikerült elérni a fognövekedést náluk, úgymond igazolva a korábbi felvetésüket. Az valóban igaz, hogy ezeken a fogakon nem alakult ki zománcréteg. Azok a gének, amik ezt biztosítják a madarak evolúciója során teljesen kieshettek. Ezért valószínűleg transzgenetikus úton kellene megoldani azt, hogy képesek legyenek fogzománcot képezni a fogaikra, méghozzá úgy, hogy az ezért felelős géneket egy másik, természetesen fogzománccal rendelkező fajból ültetnék majd be.

Érdekességként azért megemlíteném, hogy habár valódi fogakkal nem rendelkeznek a ma élő madarak, néhány vízi madár esetében, főként réceféléknél, fogakhoz hasonló szaruképleteket találhatunk a csőrben. Ezek a képletek már a fogak elvesztése után több millió évvel jelentek meg újonnan ezeknél a vízi táplálkozáshoz alkalmazkodott csoportoknál.

A Nagy bukó (Mergus merganser) fogszerű szaruképletei. Forrás: Slater Természettörténeti Múzeum.

A fogakról áttérve a végtagokra, Dr. João Francisco Botelho és chilei kutatótársainak sikerült elérniük, hogy a csirke embriók fejlődése során a negyedik lábujj ne forduljon szembe a többi lábujjal, hanem egy síkban maradjon velük, így a dinoszauruszokéra emlékeztető lábfejjel rendelkezzenek. Ezt azzal oldották meg, hogy dekametónium-bromid oldatot juttattak a tojásokba. Ezzel gátolták azoknak az izmoknak a fejlődését a lábfejben, amelyek az említett lábujj helyzetét megváltoztatnák a növekedés során. Egy másik kutatásukban ciklopamin és 2- hidroxipropil b-ciklodextrin vegyület bejuttatásával gátolták az Ihh nevű gén kifejeződését. Ez a gén eredetileg a szárkapocs csont fejlődését nehezíti, de megakadályozva a kifejeződését sikerült elérniük, hogy az említett végtagcsont teljesen kifejlődhessen. A szárkapocs a mai madaraknál eredetileg elcsökevényesedik, viszont a dinoszauruszok többségénél még teljes volt, így sokkal vaskosabb és izmosabb lábaik voltak a mai madarakénál. Viszont néhány, már madárszerű, de nem-madár dinoszaurusznál is megjelent az elcsökevényesedett szárkapocs csont, mint például az Avimimus portentosus-nál.

Avimimus csontváz (PIN 3907/1). Forrás: Vickers-Rich et al. 2022.

Ezen cikk írásának pillanatában két fontosabb tulajdonságot meghatározó gén, vagy gének megtalálására van még szükség, ahhoz, hogy egy madarat mesterségesen vissza lehessen alakítani egy ősibb dinoszaurusz kinézetű egyeddé. Az egyik ilyen a karok ujjainak összeforrásáért felel, a másik pedig a farok csigolyákéért. Az embriók fejlődési szakaszának elején, az állatoknak a szárnyak helyett, még három karmos ujjal rendelkező karjaik vannak, valamint a farokcsigolyák száma is sokkal több. A fejlődésük egy bizonyos szakaszában viszont bekapcsolódnak bizonyos gének, amelyek hatásai az ujjak összenövését, valamint a farki csigolyák nagy részének felszívódását okozzák. A madarak embrionális fejlődésének ezen szakaszát Dr. Hans Larsson, a McGill Egyetem munkatársa kutatja.

Érdekességként itt is szeretném megjegyezni, hogy számos madárnál ismert, hogy egy vagy két karom megfigyelhető a felnőttkori szárnyakon is. Ezen fajok többsége a futómadár félék (Palaeognathae) közé tartozik, ugyanakkor a karmos ujjakra a legismertebb példa madarak esetében mégis egy ezen kívüli csoportba tartozó madáré. A hoacin (Opisthocomus hoazin) nevű madár egyik jellegzetes tulajdonsága, hogy a kikelt fiókái még rendelkeznek a második és harmadik ujjakkal, amelyek a növekedésük során, valószínűleg ugyanazon folyamatoknak köszönhetően, mint ami a legtöbb madár embrió fejlődése során lezajlik, visszafejlődnek.

Felül: Archaeopteryx kar, alul: házityúk mellső végtag. A szerző rajzai.

A kutatók madár embriók vizsgálata mellett, gekkók és egerek farok növekedését is vizsgálják annak érdekében, hogy megtalálják a farokcsigolyák felszívódásáért és összeforrásáért felelős génszekvenciákat, amelyben Horner legutóbbi nyilatkozata alapján sikerült is áttörést elérni (link az interjúhoz). De általában ezekben a kutatásokban főként házityúk, japán fürj (Coturnix japonica) illetve házigalamb (Columba livia domestica) a kísérleti állat, mert ezeket könnyű beszerezni, olcsóbbak, gyorsabban szaporodnak és gyakoriságuk miatt nem állnak természetvédelmi oltalom alatt. Viszont az említett futómadár félék már jelenleg is számos ősibb dinoszaurusz tulajdonságával rendelkeznek, így miután az összes keresett módosítás lehetősége megvan, akkor feltehetően később egy nagyobb testű futómadarat alkalmaznának, mint amilyen az emu (Dromaius novaehollandiae), a strucc (Struthio camelus), a kazuár (Casuariidae) vagy a nandu (Rhea americana).

Végezetül fontos megjegyezni, hogy a tárgyalt kísérletekben a már fejlődő embriókon alkalmazták a gének kifejeződését megváltoztató módszereket, és nem a génkészletben okoztak változást, így a kifejlődő állat, ha szaporodna, akkor nem ezeket a módosított tulajdonságokat örökítené tovább. Tehát a végeredmény se nem hibrid, se nem egy új faj lesz. Ez meghatározó része a dino-chicken projektnek.

Sokakban felmerülhet a kérdés, hogy mi értelme van az egésznek? Miért kell ez az emberiségnek? Magának a kutatási projektnek viszont sokkal nagyobb tervei vannak annál, hogy csupán előállít egy laboratóriumban módosított állatot. Az embrionális fejlődés vizsgálata, vagyis annak a kutatása, hogy bizonyos gének a fejlődés mely szakaszában aktivizálódnak, milyen hatást váltanak ki, és hogy hogyan lehet inaktiválni vagy aktivizálni őket, elősegíti az evolúció működésének a megértését. Mindezek felett a program képes lehet feltárni a gerincesek fejlődési rendellenességinek okait, és a jövőben megoldást nyújthat a lehetséges gyógyítási módszerekre is. Tehát a projekt során nyert tudás sokkal inkább az orvoslásban kamatoztatható, mintsem az olyan dinoszaurusz rajongók vágyának kielégítésében, mint e sorok írója. Egyébként ha valaki úgy érzi, hogy anyagilag is szeretne hozzájárulni a kutatáshoz, akkor az alábbi linken támogathatja a projektet: https://www.gofundme.com/f/making-a-live-dinosaur

Legvégül pedig térjünk vissza a cikk elején feltett kérdéshez, miszerint lehet-e a közeljövőben valódi Jurassic Parkunk? Az embrionális fejlődés során történő módosítással ugyan előállítható egy ősibb dinoszauruszra emlékeztető madár, viszont ez a módszer közel sem teszi lehetővé annak az egykori változatos élővilágnak az újraalkotását, amely a mezozoikum végeztével eltűnt a Föld színéről, és amit elvileg egy Jurassic Parkhoz hasonló állatkert hivatott lenne bemutatni. Ahhoz más megoldásokat kell kitalálnia az emberiségnek. Az alapjai már meglehetnek ezeknek a megoldásoknak, csak tovább kell gondolni azokat.

Andy Frazer illusztrációja a Novosaurs című könyvéből.

Amíg arra várunk, hogy sikeres legyen a chickenosaurus projekt, addig is meg lehet nézni az eredeti dinoszaurusz leleteket, ami maradt belőlük! Többek között Iharkúton a Bakonyi dinoszaurusz lelőhely nyári ásatásán is. Nyílt Napok: július 16, 17, és 20-án. Bővebb info: https://magyardinoszaurusz.hu/

Források:

online tartalom:
https://criticalbiomass.blog.hu/2006/01/03/madaraknak_fogsor_csokeveny_szervek_2 letöltve: 2022.05.15.
http://slatermuseum.blogspot.com/2014/11/mergansers-toothy-ducks.html letöltve: 2022.05.15.
https://www.smithsonianmag.com/smart-news/chicken-embryos-get-dino-snouts-thanks-biological-tinkering-180955250/ Letöltve: 2022.06.25.

Cikkek, könyvek:

Allentoft, M. E., Collins, M., Harker, D., Haile, J., Oskam, C. L., Hale, M. L., Campos, P. F., Samaniego, J. A., Gilbert, M T. P., Willerslew, E., Zhang, G., Scofield, R. P., Holdaway, R. N. & Bunce, M. (2012). The half-life of DNA in bone: measuring decay kinetics in 158 dated fossils. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 279(1748), 4724-4733.
Bhullar Bhart-Anjan. S., Morris Zachary S., Sefton Elizabeth M., Tok Atalay, Tokita Masayoshi, Namkoong Bumjin, Jasmin Camacho,David A. Burnham, Arhat Abzhanov (2015). A molecular mechanism for the origin of a key evolutionary innovation, the bird beak and palate, revealed by an integrative approach to major transitions in vertebrate history. Evolution, 69(7): 1665-1677.
Botelho João Francisco, Smith‐Paredes Daniel, Soto‐Acuña Sergio, O'Connor Jingmai, Palma Verónica, Vargas Alexander O. (2016). Molecular development of fibular reduction in birds and its evolution from dinosaurs. Evolution, 70(3): 543-554.
Botelho João Francisco, Smith‐Paredes Daniel, Soto‐Acuña Sergio, Daniel Núñez‐León, Palma Verónica, Vargas Alexander O. (2017). Greater growth of proximal metatarsals in bird embryos and the evolution of hallux position in the grasping foot. Journal of Experimental Zoology Part B: Molecular and Developmental Evolution, 328(1-2): 106-118.
Chen Yi Ping, Zhang Yanding, Jiang Ting-Xing, Barlow Aamanda J., St. Amand Tara R., Hu Yueping, Heaney Shaun, Francis-West Philippa, Chuong Cheng-Ming, Maas Richard (2000). Conservation of early odontogenic signaling pathways in Aves. PNAS 97(18): 10044-10049.
Harris Matthew P., Hasso Sean M., Ferguson Mark W.J., Fallon John F. (2006). The development of archosaurian first-generation teeth in a chicken mutant. Current Biology, 16(4): 371-377.
Hayden Thomas (2011). How to Hatch a Dinosaur. Wired, 19(10): 1-8.
Jack Horner, James Gorman (2009). How to Build a Dinosaur: Extinction Doesn't Have to Be Forever, Dutton Adult, p. 1-229. Illetve a második kiadás: How to Build a Dinosaur: The New Science of Reverse Evolution, Plume, p. 1-256.
Mark Brake, Jon Chase (2021). The science of Jurassic World: The Dinosaur Facts Behind the Films, Skyhorse Publishing, p. 1-264.
Mitsiadis Thimios A., Chéraud Yvonnick, Sharpe Paul, Fontain-Pérus Josiane (2003). Development of teeth in chick embryos after mouse neural crest transplantations. PNAS 100(11): 6541-6545.
Rob Desalle, David Lindley (1997). The science of Jurassic Park and The Lost World, or how to build a dinosaur, HarperCollins Publishers, p.1-194.
Vickers-Rich, P., Chiappe, L. M., & Kurzanov, S. (2002). The enigmatic birdlike dinosaur Avimimus portentosus. Mesozoic Birds,pp. 65-86.
Tucker Abigail, Sharpe Paul (2004). The cutting-edge of mammalian development; how the embryo makes teeth. Nature Reviews Genetics, 5(7): 499-508.
Smith-Paredes, D., Núñez-León, D., Soto-Acuña, S., O’Connor, J., Botelho, J. F., & Vargas, A. O. (2018). Dinosaur ossification centres in embryonic birds uncover developmental evolution of the skull. Nature ecology & evolution, 2(12), 1966-1973.