Dinosaur Shocker
Leuk gekleed in een blauwe Capri broek en een mouwloos topje, lang haar over haar blote schouders, zit Mary Schweitzer aan een microscoop in een schemerig lab, haar gezicht alleen verlicht door een gloeiend computerscherm waarop een netwerk van dunne, vertakkende bloedvaten te zien is. Dat klopt, bloedvaten. Van een dinosaurus. “Ho-ho-ho, ik ben opgewonden-e-e-e-d,” grinnikt ze. “Ik ben, zoals, echt opgewonden.”
Na 68 miljoen jaar in de grond, werd een Tyrannosaurus rex gevonden in Montana opgegraven, zijn beenbot werd in stukken gebroken, en fragmenten werden opgelost in zuur in Schweitzer’s laboratorium aan de North Carolina State University in Raleigh. “Coole bonen,” zegt ze, kijkend naar het beeld op het scherm.
Het was inderdaad groot nieuws toen Schweitzer vorig jaar aankondigde dat ze bloedvaten en structuren had ontdekt die leken op hele cellen binnen dat bot van de T. rex – de eerste waarneming van zijn soort. De vondst verbaasde collega’s, die zich nooit hadden kunnen voorstellen dat zelfs een spoor van nog zacht dinosaurusweefsel zou kunnen overleven. Zoals elk leerboek je kan vertellen, vergaan zachte weefsels zoals bloedvaten, spieren en huid wanneer een dier sterft en verdwijnen ze na verloop van tijd, terwijl harde weefsels zoals botten geleidelijk mineralen uit de omgeving kunnen opnemen en fossielen worden. Schweitzer, een van de eerste wetenschappers die de instrumenten van de moderne celbiologie gebruikte om dinosaurussen te bestuderen, heeft de conventionele wijsheid omvergeworpen door aan te tonen dat sommige keiharde fossielen van tientallen miljoenen jaren oud restanten van zachte weefsels kunnen bevatten die in hun binnenste verborgen zijn. “De reden dat dit nog niet eerder is ontdekt, is dat geen enkele weldenkende paleontoloog zou doen wat Mary met haar specimens heeft gedaan. We doen niet al die moeite om dit spul uit de grond te graven om het vervolgens in zuur te vernietigen,” zegt dinosaurus-paleontoloog Thomas Holtz Jr. van de Universiteit van Maryland. “Het is geweldige wetenschap.” De waarnemingen kunnen een nieuw licht werpen op hoe dinosaurussen evolueerden en hoe hun spieren en bloedvaten werkten. En de nieuwe bevindingen zouden kunnen helpen bij het beslechten van een langlopend debat over de vraag of dinosaurussen warmbloedig, koudbloedig of beide waren.
Ondertussen is Schweitzer’s onderzoek gekaapt door “jonge aarde” creationisten, die volhouden dat het zachte weefsel van dinosaurussen onmogelijk miljoenen jaren zou kunnen overleven. Zij beweren dat haar ontdekkingen hun overtuiging ondersteunen, gebaseerd op hun interpretatie van Genesis, dat de aarde slechts een paar duizend jaar oud is. Natuurlijk is het niet ongebruikelijk dat een paleontoloog van mening verschilt met creationisten. Maar wanneer creationisten de gegevens van Schweitzer verkeerd weergeven, neemt ze dat persoonlijk op: ze beschrijft zichzelf als “een volledig en totaal christen”. Op een plank in haar kantoor hangt een plaquette met een vers uit het Oude Testament: “Want ik weet welke plannen ik met u heb”, verklaart de Heer, “plannen om u voorspoed te geven en niet om u kwaad te doen, plannen om u hoop en een toekomst te geven.”
De onorthodoxe benadering van paleontologie door Schweitzer is wellicht terug te voeren op haar omslachtige carrièrepad. Toen ze opgroeide in Helena, Montana, beleefde ze een fase waarin ze, zoals veel kinderen, gefascineerd was door dinosaurussen. Op 5-jarige leeftijd kondigde ze zelfs aan dat ze paleontologe zou worden. Maar eerst behaalde ze een universiteitsdiploma in communicatiestoornissen, trouwde, kreeg drie kinderen en gaf korte tijd biologieles aan middelbare scholieren. In 1989, een twaalftal jaar nadat ze haar diploma had behaald, volgde ze een college aan de Montana State University van paleontoloog Jack Horner van het Museum of the Rockies, nu een filiaal van het Smithsonian Institution. De colleges wakkerden haar passie voor dinosaurussen weer aan. Spoedig daarna kreeg ze een baan als vrijwilliger in het lab van Horner en begon ze aan een doctoraat in de paleontologie.
Ze dacht aanvankelijk te bestuderen hoe de microscopische structuur van dinosaurusbotten verschilt naargelang van hoeveel het dier weegt. Maar toen kwam het incident met de rode vlekken.
In 1991 probeerde Schweitzer dunne plakjes botten van een 65 miljoen jaar oude T. rex te bestuderen. Ze had moeite om de plakjes op een glasplaatje te krijgen, dus zocht ze hulp bij een moleculair bioloog aan de universiteit. De biologe, Gayle Callis, nam de objectglaasjes toevallig mee naar een veterinaire conferentie, waar ze de oude monsters voor anderen klaarlegde om te bekijken. Een van de dierenartsen ging naar Callis toe en zei: “Weet je dat er rode bloedcellen in dat bot zitten?” Onder een microscoop bleek het bot inderdaad vol te zitten met rode schijven. Later, herinnert Schweitzer zich: “Ik keek hiernaar en ik dacht: dit kan niet waar zijn. Rode bloedcellen blijven niet bewaard.”
Schweitzer liet de dia aan Horner zien. “Toen ze voor het eerst de op rode bloedcellen lijkende structuren vond, zei ik: Ja, daar lijken ze op,” herinnert haar mentor zich. Hij achtte het mogelijk dat het rode bloedcellen waren, maar hij gaf haar wat advies: “Kijk nu of je bewijs kunt vinden dat aantoont dat het niet zo is.”
Wat ze in plaats daarvan vond, was bewijs van heem in de botten – een extra ondersteuning voor het idee dat het rode bloedcellen waren. Hem is een onderdeel van hemoglobine, het eiwit dat zuurstof in het bloed transporteert en de rode bloedcellen hun kleur geeft. “Het maakte me erg nieuwsgierig naar de uitzonderlijke conservering,” zegt ze. Als deeltjes van die ene dinosaurus 65 miljoen jaar lang bewaard konden blijven, zaten de leerboeken er misschien naast wat fossilisatie betreft.
Schweitzer neigt tot zelfspot en beweert hopeloos te zijn in computers, laboratoriumwerk en praten met vreemden. Maar collega’s bewonderen haar en zeggen dat ze vastberaden en hardwerkend is en dat ze een aantal complexe laboratoriumtechnieken beheerst die de vaardigheden van de meeste paleontologen te boven gaan. En ongebruikelijke vragen stellen vergt veel lef. “Als je haar een richting wijst en zegt: ga niet die kant op, dan is zij het soort persoon dat zegt: Waarom? En dan gaat ze het zelf testen”, zegt Gregory Erickson, een paleobioloog aan de Florida State University. Schweitzer neemt risico’s, zegt Karen Chin, paleontoloog aan de Universiteit van Colorado. “Het kan veel opleveren, maar het kan ook een beetje een saai onderzoeksproject zijn.”
In 2000 was Bob Harmon, een veldploegchef van het Museum of the Rockies, zijn lunch aan het eten in een afgelegen canyon in Montana toen hij omhoog keek en een bot uit een rotswand zag steken. Dat bot bleek een deel te zijn van wat misschien wel de best bewaarde T. rex ter wereld is. In de daaropvolgende drie zomers werd de dinosaurus geleidelijk aan van de rotswand verwijderd. Ze noemden hem B. rex ter ere van Harmon en gaven hem de bijnaam Bob. In 2001 werd een deel van de dinosaurus en het omringende vuil in gips ingegoten om het te beschermen. Het pakket woog meer dan 2.000 pond, wat net boven de capaciteit van hun helikopter bleek te zijn, dus splitsten ze het in tweeën. Een van de beenderen van de poot van B. rex was gebroken in twee grote stukken en verschillende fragmenten – precies wat Schweitzer nodig had voor haar onderzoeken op microschaal.
Het bleek dat Bob een verkeerde naam had gekregen. “Het is een meisje en ze is zwanger,” herinnert Schweitzer zich dat ze haar laborant vertelde toen ze de fragmenten bekeek. Op de holle binnenkant van het dijbeen had Schweitzer stukjes bot gevonden die verrassend veel informatie gaven over de dinosaurus die ze had gemaakt. Botten lijken zo vast als steen, maar ze zijn eigenlijk voortdurend in beweging. Zwangere vrouwen gebruiken calcium uit hun botten om het skelet van een zich ontwikkelende foetus op te bouwen. Voordat vrouwelijke vogels eieren beginnen te leggen, vormen ze een calciumrijke structuur, medullair bot genoemd, aan de binnenkant van hun poot en andere botten; tijdens het broedseizoen putten ze hieruit om eierschalen te maken. Schweitzer had vogels bestudeerd, dus ze wist over het medullaire bot, en dat is wat ze dacht te zien in dat T. rex specimen.
De meeste paleontologen zijn het er nu over eens dat vogels de dichtst levende verwanten van de dinosaurussen zijn. In feite zeggen ze dat vogels dinosaurussen zijn. Kleurrijk, ongelooflijk divers, schattige kleine gevederde dinosaurussen. De theropode van de Jura-bossen leeft voort in de distelvink die het voerbakje in de achtertuin bezoekt, de toekans in de tropen en de struisvogels die over de Afrikaanse savanne huppelen.
Om haar dinosaurusbot te begrijpen, wendde Schweitzer zich tot twee van de meest primitieve levende vogels: struisvogels en emoes. In de zomer van 2004 vroeg ze verschillende struisvogelfokkers om vrouwtjesbotten. Een boer belde, maanden later. “Hebben jullie die vrouwelijke struisvogel nog nodig?” De dode vogel had enkele dagen in de graafbak van de boer gelegen in de hitte van North Carolina. Schweitzer en twee collega’s verzamelden een poot van het geurige karkas en reden ermee terug naar Raleigh.
Voor zover iemand kan nagaan, had Schweitzer gelijk: Bob de dinosaurus had echt een voorraad medullair bot toen ze stierf. In een artikel dat in juni jl. in Science werd gepubliceerd, worden microscoopfoto’s gepresenteerd van beenmerg van struisvogel en emoe naast dinosaurusbotten, waarop bijna identieke kenmerken te zien zijn.
Tijdens het verder testen van een botfragment van B. rex vroeg Schweitzer haar laborante, Jennifer Wittmeyer, om het in zwak zuur te leggen, dat langzaam bot oplost, inclusief gefossiliseerd bot – maar geen zacht weefsel. Op een vrijdagavond in januari 2004 was Wittmeyer zoals gewoonlijk in het lab. Ze nam een fossiele chip die drie dagen in het zuur had gelegen en legde hem onder de microscoop om een foto te nemen. “Ik kon hem niet scherp krijgen”, herinnert Wittmeyer zich. Ze gebruikte een tang om het plat te maken. “Mijn tang zakte erin, maakte een kleine inkeping en krulde weer omhoog. Ik had zoiets van, stop daarmee!” Uiteindelijk, door haar irritatie, realiseerde ze zich wat ze had: een fragment van het zachte weefsel van een dinosaurus dat was achtergebleven toen het minerale bot eromheen was opgelost. Plotseling hadden Schweitzer en Wittmeyer te maken met iets dat nog nooit iemand had gezien. Een paar weken lang, zei Wittmeyer, leek het elke dag wel Kerstmis.
In het lab haalt Wittmeyer nu een schaaltje met zes compartimenten, elk met daarin een bruin stukje weefsel in heldere vloeistof, en legt het onder de lens van de microscoop. Binnenin elk exemplaar bevindt zich een fijn netwerk van bijna-heldere vertakkende vaten – het weefsel van een vrouwelijke Tyrannosaurus rex die 68 miljoen jaar geleden door de bossen trok, zich klaarmakend om eieren te leggen. Van dichtbij lijken de bloedvaten van die T. rex en haar struisvogelneven opmerkelijk veel op elkaar. Binnenin de dinosaurusvaten bevinden zich dingen die Schweitzer in het tijdschriftartikel diplomatiek “ronde microstructuren” noemt, uit een overvloed aan wetenschappelijke voorzichtigheid, maar ze zijn rood en rond, en zij en andere wetenschappers vermoeden dat het rode bloedcellen zijn.
Wat iedereen natuurlijk wil weten, is of er DNA in dat weefsel op de loer ligt. Wittmeyer, uit veel ervaring met de pers sinds de ontdekking, noemt dit “de vreselijke vraag” – of Schweitzer’s werk de weg plaveit naar een real-life versie van science fiction’s Jurassic Park, waar dinosaurussen werden geregenereerd uit DNA bewaard in barnsteen. Maar DNA, dat het genetische script van een dier bevat, is een zeer fragiele molecule. Het is ook belachelijk moeilijk te bestuderen omdat het zo gemakkelijk kan worden besmet met modern biologisch materiaal, zoals microben of huidcellen, wanneer het wordt begraven of nadat het is opgegraven. In plaats daarvan heeft Schweitzer haar dinosaurusweefselmonsters getest op proteïnen, die wat robuuster zijn en gemakkelijker te onderscheiden zijn van verontreinigingen. Ze zoekt met name naar collageen, elastine en hemoglobine. Collageen vormt een groot deel van de botsteigers, elastine wordt rond bloedvaten gewikkeld en hemoglobine transporteert zuurstof in rode bloedcellen.
Omdat de chemische samenstelling van eiwitten door de evolutie verandert, kunnen wetenschappers eiwitsequenties bestuderen om meer te weten te komen over hoe dinosaurussen evolueerden. En omdat eiwitten al het werk in het lichaam doen, zou bestudering ervan wetenschappers ooit kunnen helpen de fysiologie van dinosaurussen te begrijpen, bijvoorbeeld hoe hun spieren en bloedvaten werkten.
Proteïnen zijn veel te klein om met een microscoop op te sporen. Om ze te vinden, gebruikt Schweitzer antilichamen, moleculen van het immuunsysteem die specifieke delen van eiwitten herkennen en zich eraan binden. Schweitzer en Wittmeyer hebben antilichamen tegen kippencollageen, koeienelastine en struisvogelhemoglobine gebruikt om te zoeken naar soortgelijke moleculen in het dinosaurusweefsel. Op een paleontologieconferentie in oktober 2005 presenteerde Schweitzer voorlopig bewijs dat ze echte dinosauruseiwitten in haar specimens heeft gedetecteerd.
Verder ontdekkingen in het afgelopen jaar hebben aangetoond dat de ontdekking van zacht weefsel bij B. rex niet zomaar een toevalstreffer was. Schweitzer en Wittmeyer hebben nu vermoedelijk bloedvaten, botopbouwende cellen en bindweefsel gevonden in een andere T. rex, in een theropode uit Argentinië en in een 300.000 jaar oud fossiel van een wolharige mammoet. Schweitzer’s werk “laat ons zien dat we het verval echt niet begrijpen,” zegt Holtz. “Er zijn heel veel fundamentele dingen in de natuur waar mensen alleen maar veronderstellingen over maken.”
Jonge-aarde creationisten zien Schweitzer’s werk ook als revolutionair, maar op een heel andere manier. Ze grepen Schweitzer’s werk voor het eerst aan nadat ze in 1997 een artikel schreef voor het populair-wetenschappelijke tijdschrift Earth over mogelijke rode bloedcellen in haar dinosaurus-specimens. Het tijdschrift Creation beweerde dat Schweitzer’s onderzoek “een krachtige getuigenis was tegen het hele idee van dinosaurussen die miljoenen jaren geleden leefden. Het spreekt boekdelen voor het Bijbelse verslag van een recente schepping.”
Dit maakt Schweitzer gek. Geologen hebben vastgesteld dat de Hell Creek Formatie, waar B. rex is gevonden, 68 miljoen jaar oud is, en dat geldt ook voor de botten die erin zijn begraven. Ze is ontzet dat sommige christenen haar ervan beschuldigen de ware betekenis van haar gegevens te verbergen. “Ze behandelen je echt slecht,” zegt ze. “Ze verdraaien je woorden en ze manipuleren je gegevens.” Voor haar zijn wetenschap en religie twee verschillende manieren om naar de wereld te kijken; de hand van God inroepen om natuurverschijnselen te verklaren breekt de regels van de wetenschap. Want, zegt ze, wat God vraagt is geloof, geen bewijs. “Als je al die bewijzen hebt dat God bestaat, heb je geen geloof nodig. Ik denk dat hij het zo heeft ontworpen dat we nooit in staat zijn om zijn bestaan te bewijzen. En ik denk dat dat echt cool is.”
Per definitie is er veel dat wetenschappers niet weten, omdat het hele punt van de wetenschap is om het onbekende te verkennen. Door duidelijk te zijn dat wetenschappers niet alles hebben verklaard, laat Schweitzer ruimte voor andere verklaringen. “Ik denk dat we er altijd verstandig aan doen om bepaalde deuren open te laten,” zegt ze.
Maar Schweitzer’s interesse in het langetermijnbehoud van moleculen en cellen heeft een buitenwereldse dimensie: ze werkt samen met NASA-wetenschappers aan de zoektocht naar bewijs voor mogelijk vroeger leven op Mars, Saturnus’ maan Titan, en andere hemellichamen. (Wetenschappers maakten dit voorjaar bijvoorbeeld bekend dat Saturnus’ kleine maan Enceladus vloeibaar water blijkt te hebben, een waarschijnlijke voorwaarde voor leven.)
Astrobiologie is een van de gekkere takken van de biologie, die zich bezighoudt met leven dat wel of niet zou kunnen bestaan en wel of niet een herkenbare vorm zou kunnen aannemen. “Bijna iedereen die aan NASA-zaken werkt, is helemaal in de wolken met astrobiologische vraagstukken”, zegt Schweitzer. Haar NASA-onderzoek omvat het gebruik van antilichamen om op onverwachte plaatsen naar tekenen van leven te zoeken. “Voor mij is het een middel om een doel te bereiken. Ik wil echt iets weten over mijn dinosaurussen.”
Daartoe brengt Schweitzer, samen met Wittmeyer, uren door voor microscopen in donkere kamers. Voor een vierde generatie Montanees is zelfs het relatief rustige Raleigh een grote stad. Ze denkt weemoedig terug aan het verkennen van veldsites te paard in Montana. “Paleontologie onder de microscoop is niet zo leuk,” zegt ze. “Ik zou veel liever buiten ronddwalen.”
“Mijn oogballen zijn gewoon helemaal verbrand,” zegt Schweitzer na urenlang door de oculairen van de microscoop te hebben gestaard naar gloeiende vaten en klodders. Je zou het de prijs kunnen noemen die ze betaalt voor het niet typisch zijn.