З того часу, як палеонтолог університету Північної Кароліни Мері Швейцер (Mary Schweitzer) виявила в скам’янілостях динозаврів їх м’які тканини, перед сучасною наукою про древніх істот постало питання: чи зможемо ми коли-небудь знайти справжню ДНК динозаврів? І якщо так, то чи не вдасться нам з її допомогою відтворити цих дивовижних тварин?
Дати однозначні відповіді на ці питання не так просто, але доктор Швейцер все ж погодилася допомогти нам зрозуміти, що ми знаємо сьогодні про генетичний матеріал динозаврів і на що можемо розраховувати в майбутньому.
Чи можемо ми отримати ДНК скам’янілостей?
Це питання слід розуміти як «чи можемо ми отримати ДНК динозавра»? Кістки складаються з мінералу гідроксіапатиту, який має настільки високу спорідненість з ДНК і багатьма білками, що активно використовується в лабораторіях для очищення їх молекул. Кістки динозаврів 65 млн років пролежали в землі, і досить велика ймовірність, що якщо почати активно шукати в них молекули ДНК, то цілком можна знайти. Просто тому, що деякі біомолекули можуть приклеїтися до цього мінералу, як до липучки. Проблема, однак, буде полягати не стільки в тому, щоб просто знайти ДНК в кістках динозаврів, скільки в тому, щоб довести, що ці молекули належать саме до динозаврів, а не з’явилися з якихось інших можливих джерел.
Чи зможемо ми коли-небудь відновити справжню ДНК з кістки динозавра? Наукова відповідь – так. Все можливо, поки не доведено протилежне. Чи здатні ми зараз довести неможливість вилучення динозаврової ДНК? Ні, не здатні. Чи є у нас вже справжня молекула з генами динозавра? Ні, це питання поки залишається відкритим.
Як довго ДНК може зберігатися у геологічному літописі і як довести, що вона належить саме динозаврам, а не потрапила в зразок вже в лабораторії разом з яким-небудь забруднювачем?
Багато вчених вважають, що в ДНК досить короткий термін придатності. На їхню думку, ці молекули навряд чи зможуть зберегтися довше, ніж мільйон років, і вже звичайно, не більше п’яти-шести мільйонів років у найкращому разі. Така позиція позбавляє нас надії побачити ДНК істот, що жили понад 65 млн років тому. Але звідки взялися ці цифри?
Вчені, що займалися цією проблемою, поміщали молекули ДНК в гарячу кислоту і засікали час, який необхідно для їх розпаду. Високі температура і кислотність використовувалися в якості «замінників» тривалих тимчасових проміжків. Згідно з висновками дослідників, ДНК розпадається досить швидко. Результати однієї з таких робіт, що співставляли кількість молекул ДНК, успішно витягають із зразків різного віку – від кількох сотень до 8000 років – показали, що з віком кількість видобутих молекул знижується. Вчені навіть змогли змоделювати «швидкість розпаду» і передбачили, хоча і не перевірили це твердження, що виявити ДНК в кістках крейдового віку вкрай малоймовірно. Як не дивно, але це ж дослідження показало, що вік сам по собі не може пояснити розпад або збереження ДНК.
З іншого боку, у нас є чотири незалежні лінії доказів того, що молекули, хімічно схожі з ДНК, можуть бути локалізовані в клітинах наших власних кісток, і це добре узгоджується з тим, щоб очікувати такі знахідки в кістках динозаврів. Отже, якщо ми виділимо ДНК з кісток, що належать динозаврам, як нам переконатися, що це не результат пізнішого забруднення?
Ідея про те, що ДНК може зберігатися так довго, дійсно має дуже мало шансів на успіх, тому будь-яка заява про знахідку або відновлення ДНК динозаврів має відповідати найсуворішим критеріям. Ми пропонуємо такі:
1. Послідовність ДНК, виділена з кістки, має відповідати тій, що можна було б очікувати, ґрунтуючись на інших даних. Сьогодні відомо понад 300 ознак, що зв’язують динозаврів з птахами, і переконливо доводять, що птахи походять від динозаврів-тероподів. Тому послідовності ДНК динозаврів, отримані з їх кісток, повинні бути більше схожі на генетичний матеріал птахів, ніж на ДНК крокодилів, при цьому відрізняючись і від тих, і від інших. Вони також будуть відрізнятися і від будь-яких ДНК, що походять з сучасних джерел.
2. Якщо ДНК динозаврів будуть справжніми, то вони, очевидно, виявляться сильно фрагментовані, і їх буде складно аналізувати нашими нинішніми методами, розробленими для секвенування здорової і щасливої сучасної ДНК. Якщо «ДНК тирекса» складатиметься з довгих ланцюжків, які відносно легко піддаються розшифровці, то швидше за все, ми маємо справу з забрудненням, а не зі справжньою ДНК динозавра.
3. Молекула ДНК вважається більш крихкою порівняно з іншими хімічними сполуками. Тому якщо в матеріалі присутні автентичні ДНК, то там повинні бути й інші, більш міцні молекули, наприклад, колагену. При цьому зв’язок з птахами і крокодилами повинен простежуватися і в цих молекулах більш стійких сполук. Крім того, у викопному матеріалі можуть виявитися, наприклад, ліпіди, складові клітинні мембрани. Ліпіди більш стійкі, ніж в середньому білки або ті ж молекули ДНК.
4. Якщо білки і ДНК успішно збереглися з мезозойських часів, їх зв’язок з динозаврами повинен підтверджуватися не лише секвенуванням, але і іншими методами наукового дослідження. Наприклад, зв’язування білків зі специфічними антитілами доведе, що це дійсно білки з м’яких тканин, а не забруднення із зовнішніх гірських порід. В наших дослідженнях ми змогли успішно локалізувати речовину, яка хімічно схожа на ДНК, всередині клітин кістки T. Rex, використовуючи як методи, специфічні для ДНК, так і антитіла до білків, асоційованих з ДНК хребетних.
5. Нарешті, і це, мабуть, найголовніше – для всіх етапів будь-якого дослідження слід застосовувати належний контроль. Поряд із зразками, з яких ми сподіваємося виділити ДНК, необхідно досліджувати і вміщуючі породи, а також всі хімічні сполуки, що використовуються в лабораторії. Якщо і в них також виникають послідовності, що представляють для нас інтерес, то швидше за все, це просто забруднюючі речовини.
Чи зможемо ми коли-небудь клонувати динозавра?
У якомусь сенсі. Клонування, як його зазвичай проводять в лабораторії, являє собою вставку відомого фрагмента ДНК в бактеріальні плазміди. Цей фрагмент реплікується кожного разу, коли клітина ділиться, що призводить до появи багатьох ідентичних копій ДНК. Інший метод клонування передбачає переміщення цілого комплекту ДНК в життєздатні клітини, з яких заздалегідь видалений їх власний ядерний матеріал. Потім така клітина поміщається в організм господаря, і донорська ДНК починає управляти формуванням і розвитком потомства, повністю ідентичного донора. Знаменита овечка Доллі є прикладом використання саме цього методу клонування. Коли люди говорять про «клонування динозавра», вони зазвичай мають на увазі щось на зразок цього. Однак цей процес неймовірно складний, і, не дивлячись на ненауковий характер такого припущення, ймовірність того, що ми коли-небудь зможемо подолати всі розбіжності між фрагментами ДНК з кісток динозаврів і відтворити життєздатне потомство, настільки мала, що я відношу її до розряду «не представляється можливим».
Але тільки тому, що вірогідність створення цього Парку юрського періоду мізерна, не можна говорити, ніби неможливо відновити саму вихідну ДНК динозавра або інші молекули з древніх рештків. Насправді ці древні молекули могли б багато чого нам розповісти. Адже всі еволюційні зміни повинні спершу відбутися в генах і відбитися на молекулах ДНК. Ми також можемо багато дізнатися про довговічність молекул в природних умовах безпосередньо, а не завдяки лабораторних експериментів. І, нарешті, відновлення молекул із зразків викопних істот, у тому числі динозаврів, дає нам важливу інформацію про походження та поширенні різних еволюційних інновацій, наприклад, пір’я.
Нам належить ще багато чому навчитися у молекулярному аналізі скам’янілостей, і ми повинні діяти з максимальною обережністю, ніколи не переоцінюючи дані, які отримуємо. Але ми можемо витягти з молекул, що збереглися в скам’янілостях, стільки всього цікавого, що це безумовно заслуговує наших зусиль.
