ДНК динозавра сегодня: миф или реальность?

С тех пор, как палеонтолог университета Северной Каролины Мэри Швейцер (Mary Schweitzer) обнаружила в окаменелостях динозавров их мягкие ткани, перед современной наукой о древних существах встал вопрос: сможем ли мы когда-нибудь найти подлинную ДНК динозавров? И если да, то не удастся ли нам с ее помощью воссоздать этих удивительных животных?

Дать однозначные ответы на эти вопросы не так-то просто, но доктор Швейцер все же согласилась помочь нам понять, что мы знаем сегодня о генетическом материале динозавров и на что можем рассчитывать в будущем.

Можем ли мы получить ДНК из окаменелостей?

Этот вопрос следует понимать как "можем ли мы получить динозавровую ДНК"? Кости состоят из минерала гидроксиапатита, который имеет настолько высокое сродство с ДНК и многими белками, что активно используется сегодня в лабораториях для очистки их молекул. Кости динозавров 65 млн лет пролежали в земле, и достаточно велика вероятность, что если начать активно искать в них молекулы ДНК, то вполне можно и найти. Просто потому, что некоторые биомолекулы могут приклеиться к этому минералу, как к липучке. Проблема, однако, будет заключаться не столько в том, чтобы просто найти ДНК в костях динозавров, сколько в том, чтобы доказать, что эти молекулы принадлежат именно динозаврам, а не появились из каких-то других возможных источников.

Сможем ли мы когда-нибудь восстановить подлинную ДНК из кости динозавра? Научный ответ – да. Все возможно, пока не доказано обратное. Способны ли мы сейчас доказать невозможность извлечения динозавровой ДНК? Нет, не способны. Есть ли у нас уже подлинная молекула с генами динозавра? Нет, этот вопрос пока остается открытым.

Как долго ДНК может сохраняться в геологической летописи и как доказать, что она принадлежит именно динозавру, а не попала в образец уже в лаборатории вместе с каким-нибудь загрязнителем?

Многие ученые считают, что у ДНК довольно короткий срок годности. По их мнению, эти молекулы вряд ли смогут сохраниться дольше, чем миллион лет, и уж конечно, не более пяти-шести миллионов лет в самом лучшем случае. Такая позиция лишает нас надежды увидеть ДНК существ, живших свыше 65 млн лет назад. Но откуда взялись эти цифры?

Занимавшиеся этой проблемой ученые помещали молекулы ДНК в горячую кислоту и засекали время, которое необходимо для их распада. Высокие температура и кислотность использовались в качестве "заменителей" длительных временных промежутков. Согласно выводам исследователей, ДНК распадается довольно быстро. Результаты одной из таких работ, сопоставлявшей количество молекул ДНК, успешно извлекаемых из образцов разного возраста – от нескольких сотен до 8000 лет – показали, что с возрастом количество извлекаемых молекул снижается. Ученые даже смогли смоделировать "скорость распада" и предсказали, хотя и не проверили это утверждение, что обнаружить ДНК в кости мелового возраста крайне маловероятно. Как ни странно, но это же исследование показало, что возраст сам по себе не может объяснить распад или сохранение ДНК.

С другой стороны, у нас есть четыре независимых линии доказательств того, что молекулы, химически схожие с ДНК, могут локализовываться в клетках наших собственных костей, и это хорошо согласуется с тем, чтобы ожидать таких находок в костях динозавров. Итак, если мы выделим ДНК из костей, принадлежащих динозаврам, как нам убедиться, что это не результат позднейшего загрязнения?

Идея о том, что ДНК может сохраняться так долго, действительно имеет довольно мало шансов на успех, поэтому любое заявление о находке или восстановлении настоящей динозавровой ДНК должно соответствовать самым строгим критериям. Мы предлагаем такие:

1. Последовательность ДНК, выделенная из кости, должна соответствовать той, что можно было бы ожидать, основываясь на других данных. Сегодня известно более 300 признаков, связывающих динозавров с птицами, и убедительно доказывающих, что птицы произошли от динозавров-теропод. Поэтому последовательности ДНК динозавров, полученные из их костей, должны быть больше похожи на генетический материал птиц, чем на ДНК крокодилов, при этом отличаясь и от тех, и от других. Они также будут отличаться и от любых ДНК, происходящих из современных источников.

2. Если динозавровые ДНК будут настоящими, то они, очевидно, окажутся сильно фрагментированы, и их будет сложно анализировать нашими нынешними методами, разработанными для секвенирования здоровой и счастливой современной ДНК. Если "ДНК тирекса" окажется состоящей из длинных цепочек, относительно легко поддающихся расшифровке, то скорее всего, мы имеем дело с загрязнением, а не подлинной ДНК динозавра.

3. Молекула ДНК считается более хрупкой по сравнению с другими химическим соединениями. Поэтому если в материале присутствуют аутентичные ДНК, то там должны быть и другие, более прочные молекулы, например, коллагена. При этом связь с птицами и крокодилами должна прослеживаться и у молекул этих более устойчивых соединений. Кроме того, в ископаемом материале могут обнаружиться, например, липиды, составляющие клеточные мембраны. Липиды более устойчивы, чем в среднем белки или те же молекулы ДНК.

4. Если белки и ДНК успешно сохранились с мезозойских времен, их связь с динозаврами должна подтверждаться не только секвенированием, но и другими методами научного исследования. Например, связывание белков со специфическими антителами докажет, что это действительно белки из мягких тканей, а не загрязнение из внешних горных пород. В наших исследованиях мы смогли успешно локализовать вещество, химически подобное ДНК, внутри клеток кости T. Rex, используя как методы, специфические для ДНК, так и антитела к белкам, ассоциированным с ДНК позвоночных.

5. Наконец, и это, вероятно, самое главное – для всех этапов любого исследования следует применять надлежащий контроль. Наряду с образцами, из которых мы надеемся выделить ДНК, необходимо исследовать и вмещающие породы, а также все химические соединения, используемые в лаборатории. Если и в них также обнаружатся последовательности, представляющие для нас интерес, то скорее всего, это просто загрязняющие вещества.

Так сможем ли мы когда-нибудь клонировать динозавра?

В каком-то смысле. Клонирование, как его обычно проводят в лаборатории, представляет собой вставку известного фрагмента ДНК в бактериальные плазмиды. Этот фрагмент реплицируется всякий раз, когда делится клетка, что приводит к появлению многих копий идентичных ДНК. Другой метод клонирования предполагает помещение целого комплекта ДНК в жизнеспособные клетки, из которых заранее удален их собственный ядерный материал. Затем такая клетка помещается в организм хозяина, и донорская ДНК начинает управлять формированием и развитием потомства, полностью идентичного донору. Знаменитая овечка Долли является примером использования как раз данного метода клонирования. Когда люди говорят о "клонировании динозавра", они обычно имеют в виду что-то вроде этого. Однако этот процесс невероятно сложен, и, не смотря на ненаучный характер такого предположения, вероятность того, что мы когда-нибудь сможем преодолеть все нестыковки между фрагментами ДНК из костей динозавров и произвести жизнеспособное потомство, настолько мала, что я отношу ее к разряду "не представляется возможным".

Но только потому, что вероятность создания настоящего Парка юрского периода мизерна, нельзя говорить, будто невозможно восстановить саму исходную ДНК динозавра или другие молекулы из древних останков. На самом деле эти древние молекулы могли бы многое нам рассказать. Ведь все эволюционные изменения должны сперва произойти в генах и отразиться на молекулах ДНК. Мы также можем многое узнать о долговечности молекул в естественных условиях непосредственно, а не благодаря лабораторным экспериментам. И, наконец, восстановление молекул из образцов ископаемых существ, в том числе динозавров, дает нам важную информацию о происхождении и распространении различных эволюционных инноваций, например, перьев.

Нам предстоит еще многому научиться в молекулярном анализе окаменелостей, и мы должны действовать с максимальной осторожностью, никогда не переоценивая данные, которые получаем. Но мы можем извлечь из молекул, сохранившихся в окаменелостях, столько всего интересного, что это безусловно заслуживает наших усилий.