Proč jsou kuřata nejbližšími příbuznými dinosaurů?

Je možné vzít dinosauří DNA, vypěstovat Archaeopteryxe z kuřete a adaptovat myši na dobu ledovou? Odpovědi najdete v novém čísle rubriky „Ig Nobelova cena je vážná“.

Mnozí z nás v dětství – a nejen to – četli knihy o dinosaurech, mamutech a dalších prehistorických zvířatech a možná snili o tom, že pokroky ve vědě jim umožní přivést je zpět k životu. To je ukázáno například ve filmu „Jurský park“ – v příběhu výzkumníci objevili komára ve starověkém kusu jantaru, uvnitř kterého se zachovala tekutá krev dinosaura. Z této krve vědci extrahovali DNA, doplnili genetický kód kousky kódu moderních žab a poté vyšlechtili žijící dinosaury a usadili je na izolovaném ostrově. Zní to velmi atraktivně a věrohodně – a to nejen z pohledu obyčejných lidí: v roce 2011 odborníci NASA zařadili „Jurský park“ do seznamu nejspolehlivějších sci-fi filmů.

Co si o tom ale myslí paleontologové? Vědci samozřejmě po staletí zkoumají pozůstatky dinosaurů a vědí o nich docela dost. Mezi takovými pracemi jsou i docela vtipná – jako je například studie laureátů Ig Nobelovy ceny za rok 2015 v kategorii Biologie. Tým vědců z Chile a Spojených států choval kuřata přibližně do 12 týdnů věku (tedy do pohlavní dospělosti) a připevňoval k nim kónické ocasy vyrobené ze dřeva a polymerové hlíny, které se co nejvíce podobaly tvaru ocasů dinosaurů. Délka „protéz“ byla přibližně stejná jako délka těla kuřete a během experimentu se velikost ocasů zvýšila z 9 na 28 centimetrů. Těžiště ptáků se posunulo a jejich chůze se změnila – pohyby kuřat začaly napodobovat teropody, tedy dvounohé dinosaury. Vědci se samozřejmě z nějakého důvodu bavili. Ptáci nejsou jen nejbližší žijící příbuzní dinosaurů. V poslední době začali vědci připisovat ptáky nikoli potomkům ještěrek, ale přímo jim: nyní jsou ptáci klasifikováni jako teropodi – podřád bipedálních dinosaurů, obvykle dravých (asi nejznámějším zástupcem teropodů je Tyrannosaurus, někdy však všežravý a byli nalezeni býložraví teropodi). Pohybovali se na zadních a na předních měli dlouhé prsty s drápy, kterými zvířata sbírala potravu a pomáhala si ulovit kořist. Chůze plazů se lišila od chůze ptáků: ve stacionární vertikální poloze zaujímaly jejich stehenní kosti svislejší polohu a jejich nohy se pohybovaly „od kyčle“ – moderní ptáci aktivně ohýbají kolenní klouby. Laureáti Ig Nobelovy ceny došli k závěru, že výsledky jejich práce dokazují, že zručná manipulace s kuřaty v období jejich aktivního růstu může výrazně rozšířit znalosti vědců o tom, jak se dvounohí dinosauři pohybovali.

Tato zábavná studie je jen špičkou ledovce, když se paleontologové snaží odhalit tajemství života dinosaurů s pomocí kuřat. Vraťme se do Jurského parku – vědeckým konzultantem tohoto filmu byl vědec Jack Horner, který několik desetiletí své kariéry věnoval výzkumu dinosaurů, autor více než stovky vědeckých publikací a několika populárně-naučných knih. Vědec je také známý svým popisem Mayasaurů, rodu býložravých dinosaurů. Spolu s kostmi prvního Mayasaura bylo nalezeno hnízdo se zbytky jeho vajíček, embryí a mláďat a poté ve stejné oblasti i mnoho dalších hnízd. Tyto nálezy byly první svého druhu a pomohly vědcům porozumět hodně o sociální struktuře komunit dinosaurů. Ukázalo se, že plazi – alespoň někteří – si stavěli hnízda, žili v koloniích, starali se o mláďata a pohybovali se ve velkých stádech. To vše se ukázalo v „Jurském parku“ – díky konzultacím s paleontologem.

Badatel se ale nechtěl omezit jen na vykopávky. „Měl jsem dva sny: chtěl jsem se stát paleontologem a mít mazlíčka dinosaura. O to jsem celý život usiloval,“ říká Horner. V roce 1993 vyšel Jurský park. Téhož roku Horner a jeho kolegové pracovali na získání dinosauří DNA, podařilo se jim získat grant na tento projekt od americké Národní vědecké nadace. Vědci objevili 65 milionů let starou stehenní kost Tyrannosaura rex, která obsahovala něco, co vypadalo jako krevní cévy s červenými krvinkami uvnitř. Neobsahují DNA, ale obsahují hemy – sloučeniny porfyrinů se železem, které jsou např. součástí hemoglobinu. V roce 2003 nalezla paleontologická skupina v geologické formaci Hell Creek (Montana, USA) dalšího tyranosaura, kterého vědci pojmenovali B-rex. Mary Schweitzer, Hornerova kolegyně, zjistila, že B-rex byla samice: dřeňová dutina obsahovala zvláštní typ tkáně, kterou ptáci produkují před kladením vajec. V roce 2007 ze stejné kosti získal Schweitzer jako první na světě dinosauří proteiny – ale stále ne DNA. Po zdlouhavých experimentech, zorganizování plnohodnotné polní laboratoře a prostudování mnoha vzorků dospěl Horner k závěru, že získat dinosauří DNA je v zásadě nemožné – prostě nebyla schopna přetrvávat desítky milionů let.

Vědci se proto rozhodli vzít ptáky jako základ a jakoby „vrátit evoluci“ – použít mechanismus aktivace atavismů. Atavismus je objevení se v živém organismu vlastnosti, která byla charakteristická pro jeho vzdálené předky. Takovými pozdravy z minulosti mohou být pro člověka například souvislé ochlupení na těle, další pár mléčných žláz nebo ocasní přívěsek. A pro kuřata budou atavismy zuby, dlouhý ocas nebo tříprsté tlapky místo křídel. Jedním z prvních úspěchů vědců na cestě proměny kuřete v dinosaura byla zubatá kuřata. Získali je v roce 2006 Matthew Harris (Max Planck Institute for Evolutionary Biology, Německo) a John Fallon (University of Wisconsin-Madison, USA) – našli způsob, jak aktivovat gen zodpovědný za vývoj zubů u dinosaurů. Kuřata s tesáky se v laboratoři vědců samozřejmě neobjevila. Zuby byly malé, ale velmi určitého tvaru – kuželovité šavlovité, připomínající zuby moderních krokodýlů nebo aligátorů. V roce 2011 Horner hovořil o spolupráci s vědcem Hansem Larssonem z McGill University (Kanada) – snažili se pochopit, které geny jsou zodpovědné za vznik ptačího křídla. Když je mládě v embryonálním stádiu, kosti jeho horních končetin vypadají přesně jako přední nohy Archaeopteryxe, zvířete, které žilo v období jury a zaujímalo střední pozici mezi plazem a ptákem, se třemi samostatnými prsty jasně viditelnými v fotografie. Když kuře dozraje, prsty se spojí a promění se v pevné křídlo, což znamená, že je třeba zabránit splynutí. Stejně tak je to s ocasem: u embryí je poměrně dlouhý, ale později se jeho vývoj oproti růstu těla zpomaluje.

Práce na nalezení a „vypnutí“ dvou genů odpovědných za splynutí prstů a „odumírání“ ocasu nazval Jack Horner „Postav projekt dinosaura“. Velkou část výzkumu financoval tvůrce Hvězdných válek, režisér George Lucas. V roce 2014 Horner a jeho kolegové publikovali článek o vývoji ocasu dinosaurů a poté navrhli, že získání živého dinosaura (nebo „kuřecího saura“, jak se paleontologovým výtvorům přezdívalo) by trvalo asi 10 let – tzn. k tomu by mělo dojít přibližně v roce 2024. Zatím však – v roce 2020 – nejsou žádné zprávy o dalších úspěších Hornerovy skupiny a jeho projektu.

V této oblasti jsou ale i další průkopníci. V roce 2015 skupina amerických vědců oznámila, že se jim podařilo najít dva řetězce genů odpovědných za vznik ptačího zobáku a vyšlechtit kuřecí embrya bez tohoto důležitého orgánu – ale s plnohodnotnou čelistí podobnou dinosaurovi, podobně jako např. to Archeopteryx nebo Anchiornis. Změny se dotkly i kostí lebky. Autoři práce odmítli další výzkum v tomto směru, protože takový výsledek neočekávali – uvedli, že se nechtějí stát součástí projektů „vzkříšení“ dinosaurů, které jsou z etického hlediska velmi kontroverzní. A v roce 2016 se týmu z Chile a Číny podařilo upravit práci genů tak, že výsledkem bylo kuřecí embryo s prodlouženými tibiemi a zkrácenými tibiemi – tedy zadníma nohama, odpovídající stavbou nohám dinosaura .

Práce na „kuřecím saurovi“ tedy pokračují – a je velmi pravděpodobné, že v blízké budoucnosti bude úsilí vědců ještě korunováno úspěchem. Navzdory tomu, že řada odborníků se k podobným experimentům staví z etických důvodů negativně, práce genetiků a biologů může sloužit i lidem – například studium evoluce ocasu může být užitečné pro vývoj nových metod léčby poranění páteře. Mimochodem, stejná debata zuří kolem myšlenek o „vzkříšení“ mamutů. Genetická data těchto zvířat byla studována docela dobře, ale klonování je za prvé nemožné, protože ještě nebyly získány celé molekuly DNA, a za druhé odborníci pochybují o jeho proveditelnosti. V roce 2015 Vincent Lynch (University of Chicago), který jako součást týmu kolegů provedl hluboké sekvenování genomů dvou vlněných mamutů, uvedl, že jeho práce je primárně zaměřena na studium molekulární evoluce starověkých zvířat a neobnovovat je, ačkoli teoreticky by se to mohlo stát realitou.

Věřím, že časem na to budeme mít technické možnosti. Je zde však otázka, zda se takový projekt vyplatí realizovat. Osobně si myslím, že ne. Mamuti vyhynuli a prostředí, ve kterém žili, již neexistuje. Mnoho zvířat je na pokraji vyhynutí a my je musíme zachránit.

Asi před 66 miliony let došlo k jednomu z největších masových vymírání v historii života na Zemi. Paleontologové to nazývají obdobím vymírání křídy a paleogénu. Ale většina lidí to zná jako „vyhynutí dinosaurů“. Předpokládá se, že tato skupina plazů v tu chvíli navždy zmizela z povrchu planety. Nicméně není.

Když se zeptáte odborníka, řekne, že všichni neptačí dinosauři zmizeli. A ptáci, kteří jsou podle moderních údajů dravými dinosaury, vyhynutí přežili a daří se jim dobře. Je poněkud neobvyklé mluvit o ptácích, jako by to byli žijící dinosauři. Ale pojďme na to, mají ptáci své zvláštní vlastnosti, kterými se dinosauři nemohou pochlubit?

Peří

První věc, bez které si ptáka nedokážete představit, je peří.

Peří bylo nalezeno u celé řady masožravých dinosaurů. Dokonce i předci tyranosaura měli peříčkovité výrůstky šupin, i když samotný tyran ještěr peří neměl. Ale vyvinuté opeření bylo charakteristické pro malé predátory – dromaeosauridy. Nejznámější z nich je Velociraptor a nejneobvyklejší je Microraptor. Peří tohoto malého dinosaura velikosti vrany mělo asymetrickou strukturu. To je důležitý znak indikující schopnost létat. Zajímavé je, že Microraptor měl podobné opeření nejen na předních, ale i na zadních nohách.

Kostra

Kostra ptáků má také mnoho prvků charakteristických pro dinosaury. Můžete si vzpomenout na Archeopteryxe, objeveného v Německu již v 19. století. Nebýt otisku peří, mohl by být zaměněn za malého dravého dinosaura.
Vezměme si husu jako příklad a podívejme se, které znaky její kostry jsou dinosauřího původu.

1) Lehká kostra s dutými kostmi a složitou křížovou kostí je charakteristická pro dromaeosauridy a další dinosaury.

2) Pás horních končetin. Dlouhá, dinosauří lopatka a brzlík, představující srostlé klíční kosti. Velcí predátoři jako Allosaurus, dromaeosauridi a Archeopteryx měli takovou vidličku.

3) Zmenšené přední končetiny se třemi prsty. Zmenšení předních končetin je charakteristické pro bipedální dravé dinosaury, stejně jako snížení počtu prstů na tři. V některých zašel dále než u ptáků – vzpomeňte si na Tyrannosaura rexe s malými tlapkami a pouze dvěma prsty.

4) Ptačí noha má charakteristický prvek – tarsus. Jedná se o podlouhlou kost umístěnou mezi chodidlem a bércem, díky čemuž se zdá, že ptáci mají kolena ohnutá dozadu. Ve skutečnosti je tarsus tvořen srostlými záprstními kostmi a kolenní kloub je umístěn výše. Srostlý tarsus se objevuje v jurském období maniraptoriánů, od kterých ho zdědili ptáci.

5) Ocas. Snad jediným a důležitým rozdílem mezi ptáky a dinosaury je krátká ocasní páteř. Dlouhý plazí ocas se během evoluce ztratil a byl nahrazen ocasními pery. Ocasní pera pomáhají ptákovi manévrovat za letu, vzlétnout a přistát.

6) Zuby. Také se ztratil u ptáků, aby odlehčil hmotu lebky. Ale zpět v období křídy měli plně vyvinutí ptáci jako Ichthyornis zuby.

Fyziologie

Ptáci jsou teplokrevní živočichové s velmi rychlým metabolismem. Aktivní let s máváním vyžaduje hodně energie, což znamená, že metabolismus a tělesná teplota musí být udržovány na vysoké úrovni.

Stále je těžké říci, zda byli dinosauři teplokrevní nebo ne. S vysokou mírou pravděpodobnosti byli, a to platí především pro malé predátory, jako jsou velociraptor a další dromaeosauridi. Předpokládá se, že jejich předci vyvinuli peří především k udržení stálé tělesné teploty. To umožnilo zůstat aktivní kdykoli během dne. Rychlí a obratní predátoři, kteří vedli stromový životní styl, skákali z větve na větev. Přítomnost peří umožnila zvětšit délku skoku kvůli plánování a zmírnila úder při pádu. Takže kromě funkce zahřívání těla se peří postupně proměnilo v nástroj, který jim umožňuje létat.

Dalším důležitým aspektem života je reprodukce. A opět zde není nic nového. Ptáci, stejně jako dinosauři, kladou vejce. U ptáků není znám jediný příklad viviparity. Ale stojí za zmínku, že pokud jde o péči o své potomky, ptáci pokročili daleko vpřed. Mezi masožravými dinosaury jsou známé jednotlivé příklady stavění hnízd, inkubace vajec a odchovu potomstva. Je však nepravděpodobné, že by takové chování bylo charakteristické pro všechny druhy, zatímco ptáci nechávající vejce svému osudu nejsou známí.

Shrnutí

Jak můžete vidět, zjistili jsme, že ty strukturální rysy, které považujeme za čistě ptačí, se ve skutečnosti objevily u dinosaurů. Uvedené vlastnosti lze považovat za základní. Ve skutečnosti jsou podobnosti mezi dinosaury a ptáky mnohem silnější, což potvrzují i ​​genetické údaje. Pro srovnání samozřejmě nemáme dinosauří DNA. Práce s genetickým materiálem různých ptáků však umožňuje najít geny zodpovědné za vznik například dlouhého ocasu a zubů. Tyto geny nezmizely, jsou „vypnuté“, ale pokud je necháme fungovat, získáme ptáka s charakteristickým dinosauroidním vzhledem.

Všechny tyto úžasné skutečnosti nám umožňují nový pohled na svět kolem nás. Ne všichni dinosauři vyhynuli před 66 miliony let. Již v období jury jedna z jejich skupin ovládla let a úspěšně konkurovala pterosaurům. A během období křídy tito létající dinosauři dali vzniknout široké škále druhů. Dnes je rozlišujeme do samostatné třídy a nazýváme je ptáci.

Článek je založen na rozhovoru s paleontologem, doktorem biologických věd, docentem na St. Petersburg State University, specialistou na druhohorní obratlovce Pavlem Skuchasem.