Содержание
Сможет ли наука когда-нибудь возродить динозавров?
Мой младший брат обожает всё, что связано с динозаврами. Часто пересматривает фильмы «Парк юрского периода» и «Мир юрского периода». Его очень интересует вопрос: сможет ли наука когда-нибудь «возродить» динозавров?
К сожалению, науке до этого еще очень далеко. Мы еще не возродили даже мамонтов, хотя это гораздо проще.
Во-первых, последние мамонты жили не очень давно: на острове Врангеля живые мамонты гуляли всего-навсего 4000 лет назад! В вечной мерзлоте сохранились замороженные останки мамонтов, из которых можно извлечь ДНК. Геном мамонта уже прочтен (то есть уже известна последовательность букв-нуклеотидов в геноме мамонта, в которой зашифрована программа развития мамонта из оплодотворенной яйцеклетки). Более того, из замороженных тканей мамонтов можно извлечь целые клеточные ядра и пересадить их в яйцеклетку другого млекопитающего. Такие эксперименты уже проводились с яйцеклетками мышей. При этом клеточные ядра мамонта даже проявляют слабые признаки жизни (K.
Yamagata et al., 2019. Signs of biological activities of 28,000-year-old mammoth nuclei in mouse oocytes visualized by live-cell imaging)!
Во-вторых, у нас есть живые очень близкие родственники мамонтов — слоны. Поэтому в общем понятно, кто мог бы выносить мамонтенка, который разовьется из слоновьей яйцеклетки с внедренным в нее геномом мамонта: слониха могла бы. Но осталось еще много технических проблем, которые в принципе решаемы, но до полного их решения науке еще надо долго развиваться.
С динозаврами всё намного хуже. Первая трудность — отсутствие живых близких родственников вымерших динозавров. Конечно, если не считать птиц, которые не только произошли от динозавров, но и сами условно считаются динозаврами (по современным формальным правилам биологической классификации). Но ведь нас интересуют не птицы, а «настоящие», древние нелетающие динозавры вроде диплодока или тираннозавра.
Впрочем, биотехнологии развиваются сейчас так быстро, что мы вообще-то вполне можем надеяться, что в обозримом будущем ученые научатся выращивать, например, гусят в курином яйце.
А там уже и до динозаврят недалеко. Так что проблема «суррогатных матерей» (или «суррогатных яиц») не выглядит совершенно непреодолимой.
Гораздо хуже дела обстоят с другой проблемой. У нас нет ни геномов, ни, тем более, живых клеток динозавров. Последние настоящие («нептичьи») динозавры вымерли 66 миллионов лет назад. Так долго ДНК сохраняться не может. По крайней мере, сегодня ученые почти уверены, что не может. Если даже нам невероятно повезет и мы всё-таки найдем исключительно хорошо сохранившиеся ископаемые остатки динозавров, в которых сохранились кусочки древней динозавровой ДНК, эти кусочки наверняка будут очень маленькими и немногочисленными. Полный геном динозавра мы из них точно никогда не соберем. Это и есть главная трудность.
На первый взгляд она кажется непреодолимой. Но не стоит недооценивать возможности науки! Можно поискать обходные пути. Сейчас очень быстро развивается сравнительная геномика — наука об устройстве и эволюции геномов. Она уже сегодня позволяет кое-что сказать о геномах давно вымерших животных на основе имеющихся знаний о геномах их современных потомков.
Например, имея геномы современных птиц, в принципе можно восстановить (пусть пока лишь частично и очень приблизительно) последовательность букв-нуклеотидов в геноме их последнего общего предка — той примитивной мезозойской птицы, от которой все современные птицы произошли.
Другая быстро развивающаяся наука — эволюционная биология развития — пытается разобраться в том, как разные гены влияют на развитие организма и как эволюционные изменения генов приводят к изменениям в строении организма.
Есть надежда, что вместе эти две науки (конечно, если всё будет хорошо и они продолжат быстро развиваться еще несколько столетий) разработают методы проектирования геномов и искусственного выращивания животных, которых сегодня не существует на Земле. Это могут быть в том числе и животные, похожие на вымерших динозавров. Хотя, конечно, по-настоящему воскресить какого-то конкретного «нептичьего» динозавра, не оставившего живых потомков, таким способом, скорее всего, никогда не удастся. Потому что мы никогда не узнаем точную последовательность нуклеотидов в его геноме.
Но искусственно спроектированные животные, напоминающие динозавров, возможно, когда-нибудь и появятся на свет.
Ответил Александр Марков
Рисунок Екатерины Волович
Можно ли клонировать ДНК динозавров — Нож
Идея из «Парка юрского периода», что динозавров можно воскресить, если только извлечь откуда-нибудь их ДНК, оставила глубокий след не только в массовом сознании — ей до сих пор захвачены и ученые. Внутри комаров, застрявших в ископаемой смоле, эти хрупкие молекулы с генетической информацией, увы, не сохраняются. Но это еще не значит, что надежды увидеть доисторических ящеров живьем у нас нет. Дэвид Брессан — о том, где ДНК динозавров все-таки уцелела и собираются ли ученые их клонировать.
ПоделитьсяРепостнутьТвитнуть
Однажды в Южной Америке шахтер находит кусок янтаря — внутри него он замечает что-то похожее на комара. Используя современное оборудование, ученые извлекают из кровососущего насекомого остатки его последней трапезы — кровь динозавра.
Благодаря тому, что генетический код сохранился в янтаре идеально, динозавра удается клонировать. Научно-фантастический роман 1990 года, а затем и успешная кинофраншиза «Парк юрского периода» популяризировали идею, что янтарь может сохранять мягкие ткани и даже молекулы ДНК в течение миллионов лет. Но реальные попытки извлечь ДНК из янтаря или подобных веществ так и не увенчались успехом по сей день, а образцы, пропитанные смолой, были признаны непригодными для генетических экспертиз.
На самом деле смола ископаемых деревьев — не самое лучшее вещество для хранения ДНК, хрупкой молекулы, несущей генетические инструкции развития, функционирования, роста и размножения всех известных организмов.
Когда в смолу попадает маленькое животное, его мягкие ткани немедленно начинают разлагаться, поэтому большая часть ДНК теряется еще до того, как все существо будет «законсервировано» навечно.
Даже если какая-то часть ДНК сохранится, молекулы смолы вступят с ней в реакцию и постепенно разрушат ее.
В исследовании 2020 года, опубликованном в журнале PLOS ONE, ученые попытались определить, способна ли вообще ДНК насекомых сохраняться в смоле, и если способна, то насколько долго. Исследователи собрали маленьких амброзиевых жуков, угодивших в смолу янтарных деревьев (Hymenaea) — эндемиков для острова Мадагаскар. Химический состав этой древесной смолы очень похож на окаменелый янтарь. Образцы хранились от двух до шести лет, а затем тщательно исследовались.
Образцы древесной смолы с вкрапленными в нее амброзийными жуками
Исследование показало, что, хотя ДНК очень хрупкая, она все же способна сохраниться в смоле. Сперва ученые пытались использовать этанол, чтобы растворить смолу, но это оказалось неэффективным. Спирт вступает в реакцию со смолой, разрушая ДНК. Это объясняет, почему предыдущие попытки извлечь ДНК таким образом были безуспешными.
Даже после усовершенствования технологии экстракции с помощью химических веществ возникли новые проблемы. Полимеразная цепная реакция (или ПЦР) используется для репликации небольших фрагментов ДНК, но исследователи обнаружили, что этот метод не подходит для ДНК, извлеченной из смолистых материалов.
По мнению ученых, вещества, содержащиеся в смоле, ингибируют вещества, используемые для копирования отдельных цепочек ДНК. Только после тщательной очистки образцов и многократного повторения процесса ПЦР было воссоздано достаточное количество ДНК для изучения генома законсервированного организма.
До сих пор не ясно, насколько долго какой-либо генетический материал может сохраняться внутри смолы. Исследователи надеются применить новый метод и к другим образцам мягких тканей, пропитанных смолой, чтобы таким образом определить скорость распада ДНК. Вода, по-видимому, тоже играет важную роль в сохранении генетического материала, поскольку смола создает водонепроницаемый барьер, удерживая влагу в мягких тканях.
Удивительно, но недавние открытия доказали, что следы ДНК могут сохраняться даже в горных породах.
В 2021 году группу ученых из Института палеонтологии и палеоантропологии позвоночных (IVPP) Китайской академии наук и Музея природы Шаньдун Тянью (STM) удалось найти ДНК-подобные молекулы, сохранившиеся в клетках ископаемого динозавра возрастом 125 миллионов лет.
Динозавр, называемый Каудиптерикс, был маленьким всеядным животным размером с павлина с длинными перьями на хвосте. В раннем меловом периоде он бродил по берегам мелководных озер биоты Жехол в провинции Ляонин.
«Геологические данные, накопленные за эти годы, показали, что сохранность окаменелостей в биоте Жехол стала возможной исключительно благодаря мелкому и богатому кремнием вулканическому пеплу, который покрыл останки динозавров», — говорит ЛИ Чжихэн, доцент IVPP и соавтор исследования, опубликованного в журнале Communications Biology.
Реконструкция биоты Жехол, где лежит хорошо сохранившийся экземпляр каудиптерикса
Ученые извлекли кусочек дистального суставного хряща из правой бедренной кости этого образца, декальцинировали его и применили различные микроскопические и химические методы для его анализа. Они установили, что все клетки животного после смерти превратились в минералы. Окремнение, по всей вероятности, и позволило биологическому материалу сохраниться.
Кроме того, команда выделила некоторые клетки и окрасила их химическим веществом, используемым в биологических лабораториях по всему миру. Гематоксилин, химикат фиолетового цвета, связывается с ядрами клеток.
После окрашивания им клеток динозавра в одной из них проступило фиолетовое ядро с несколькими более темными нитями. Это означает, что клетка динозавра возрастом 125 миллионов лет имеет ядро, сохранившееся настолько хорошо, что в нем видны биомолекулы и нити хроматина.
Хроматин в клетках всех живых организмов на Земле состоит из плотно упакованных молекул ДНК. Таким образом, результаты этого исследования дают надежду, что остатки первоначальной ДНК динозавров все еще могут сохраняться. Но чтобы точно определить это, требуются химические методы гораздо более совершенные, чем простое окрашивание биоматериала.
«Давайте будем честны, нам очень нужны окаменелые клеточные ядра, поскольку именно там должна находиться большая часть сохранившейся ДНК», — говорит Алида Байель, автор исследования.
В 2020 году она опубликовала еще одно исследование, в котором рассказывается об исключительной сохранности ядер и биомолекул в хрящевых клетках динозавра из Монтаны. «Итак, у нас есть очень интересные данные, но мы только начинаем понимать клеточную биохимию древних окаменелостей. Сейчас нам нужно больше работать».
Однако, несмотря на оптимизм в отношении новых методов анализа древней ДНК, исследователи пока не намерены клонировать динозавров, как в голливудских фильмах.
Палеонтологи находят возможную ДНК динозавра
Отчет о сохранившихся фрагментах ядер и хроматина в окаменелой бедренной кости 125-миллионного динозавра Caudipteryx
возрастом лет вызывает скептицизм. Согласно исследованию, опубликованному в прошлом месяце (24 сентября) в Communications Biology , команда извлекла то, что могло быть молекулами ДНК из ископаемого динозавра возрастом 125 миллионов лет. Но другие эксперты выразили осторожность или откровенный скептицизм по поводу результатов. Gizmodo сообщает, что самая старая секвенированная ДНК принадлежит шерстистому мамонту возрастом миллион лет. ДНК — относительно хрупкая молекула, а динозавры вымерли 65 миллионов лет назад, поэтому идея секвенирования ДНК этих древних существ до сих пор остается научной фантастикой. В новом исследовании палеонтологи из Института палеонтологии и палеоантропологии позвоночных (IVPP) Китайской академии наук и Музея природы Шаньдун Тяньюй извлекли и декальцинировали бедренный хрящ из 125-миллионного животного Динозавр Caudipteryx , обитавший в биоте Джехол — на территории современной прибрежной провинции Ляонин на северо-востоке Китая — в раннемеловой период. Согласно пресс-релизу Китайской академии наук, клетки бедренной кости содержат сохранившиеся ядра и фрагменты хроматина, которые потенциально могут содержать сохранившуюся ДНК динозавров. Ученые обнаружили это, окрашивая извлеченные клетки гематоксилином, химическим веществом, которое связывается с ядрами клеток. Реконструкция биоты Джехол и хорошо сохранившийся образец Caudipteryx ZHENG QIUYANG Однако Эван Сайтта, исследователь из Полевого музея естественной истории в Чикаго, сообщает Gizmodo , что микробы на окаменелостях могут быть ошибочно приняты за окаменелости. генетический материал самих динозавров. Палеогенетик Лав Дален из Центра палеогенетики в Швеции была частью команды, извлекшей ДНК мамонта возрастом миллион лет.
Команда также сравнила Caudipteryx окрашивание хряща соответствует окрашиванию образца куриного хряща, отмечая, что окрашивание окаменелости напоминало видимые ядра и хроматиновый материал цыпленка. Ли Чжихэн из IVPP, соавтор статьи, объясняет в своем заявлении, что «сохранение окаменелостей в биоте Джехоль было исключительным из-за тонкого вулканического пепла, который погребал туши и сохранял их на клеточном уровне». Исследовательская работа предполагает, что компоненты ядерных клеток особенно эффективно сохраняются в окаменелой хрящевой ткани по сравнению с другими типами тканей.
Он называет идею о том, что ДНК сохранилась у динозавров, остается почти «невозможной».0003 Gizmodo
Биохимик Лондонского университетского колледжа Серджио Бертаццо, который также не участвовал в новом исследовании, сообщил Chemistry World , что для подтверждения выводов исследования необходим дополнительный анализ; в частности, говорит он, «им нужно использовать другие химические/биохимические методы, [такие как] масс-спектрометрия или любой другой метод, который может подтвердить химическую идентичность того, что они окрашивают».
Исследовательская группа также признает, что предстоит провести необходимую работу по точной идентификации биомолекул из бедренной кости Caudipteryx . Палеонтолог и соавтор Китайской академии наук Алида Байлль рассказала Chemistry World : «Эти ядра динозавров окрашиваются как нормальные клетки, но означает ли это, что внутри них есть ДНК? Не совсем.
» Она называет окрашивание «хорошим началом», но «недостаточно точным, чтобы указать, присутствуют ли определенные соединения». В пресс-релизе Байёль далее отмечает, что «у нас есть хорошие предварительные данные, очень интересные данные, но мы только начинаем понимать клеточную биохимию в очень старых окаменелостях. На данный момент нам нужно больше работать».
Исправление (27 октября): в этой статье первоначально окаменелость описывалась как 125-летняя, а не 125-миллионная. Ученый сожалеет об ошибке.
Keywords:
bones
cartilage
cell
chickens
China
chromatin
Cretaceous period
debate
dinosaurs
DNA
DNA analysis
evolution
fossil
fossil record
genetics
genetics and genomics
nucleus
nutshell
paleontologist
paleontology
preservation
staining
woolly mammoth
Possible dinosaur DNA discovered in 125-million-year-old fossil | Исследование
Но это не значит, что мы можем клонировать вымершие виды Парк Юрского периода в стиле
Группа исследователей обнаружила нечто похожее на ДНК в ископаемом динозавре возрастом 125 миллионов лет – хотя, как сохранились хрупкие биомолекулы окаменение остается загадкой.
Алида Байлль, палеонтолог из Китайской академии наук, и ее коллеги обнаружили биомолекулы в части хряща образца Caudipteryx . Этот динозавр-теропод размером с павлина обитал на территории современного Северо-Восточного Китая и является одним из старейших видов динозавров с перьями, обнаруженных до сих пор.
Редко можно найти прекрасно сохранившуюся группу клеток в окаменелостях. Нуклеиновые кислоты хрупки и имеют тенденцию быстро разрушаться после смерти. Иногда минералы защищают биомолекулы на протяжении тысячелетий. В других случаях белки, такие как коллаген, сохраняют биомолекулы. Тем не менее, нет жесткого правила относительно того, что делает молекулярные окаменелости возможными. В интервью Forbes коллега Байёля Чжихэн Ли объяснил, что вулканический пепел, погребающий труп, может сохранить его на клеточном уровне во время окаменения.
После декальцинации фрагмента исследователи обработали клетки гематоксилином и эозином, соединениями, которые окрашивают клеточные ядра в сине-фиолетовый цвет, а цитоплазму и внеклеточный матрикс — в розовый.
Они также извлекли и окрасили хрящевые клетки курицы, чтобы сравнить результаты. Хотя большинство клеток исчезло в процессе окрашивания, некоторые остались. В одном из них исследователи обнаружили длинные темно-фиолетовые нити, заключенные в более крупную фиолетовую круглую структуру. Они считают, что это неповрежденное клеточное ядро с сохранившимися нитями хроматина — комплекса ДНК и белка.
Ядра этих динозавров окрашиваются как нормальные клетки, но означает ли это, что внутри них есть ДНК? Не совсем.
Алида Байёль, Китайская академия наук
Ученые уже не в первый раз считают, что нашли биомолекулы в окаменелостях динозавров. В 2020 году Байёль и его команда обнаружили доказательства наличия белков, хромосом и материала ДНК в хрящах окаменелости утконосого динозавра возрастом 70 миллионов лет. Однако она и ее коллеги с осторожностью относятся к заявлениям о химической идентичности окрашенных структур.
‘Эти ядра динозавров окрашиваются как нормальные клетки, но означает ли это, что внутри них есть ДНК? Не совсем так, — говорит Байёль.
«Это означает, что там определенно есть части оригинальных органических молекул, возможно, какая-то оригинальная ДНК. Тем не менее, мы еще не знаем этого наверняка». Хотя окрашивание — хорошее начало, оно недостаточно точно, чтобы указать, присутствуют ли определенные соединения, — объясняет она.
Источник: © Shutterstock
Модель из Образец Caudipteryx zoui обнаружен в Ляонине, Китай
Мэри Швейцер, палеонтолог из Университета штата Северная Каролина, США, также советует проявлять осторожность. «Я благодарю авторов за их подход, но, на мой взгляд, это исследование открывает двери для дальнейших, более конкретных исследований с более высоким разрешением», — говорит она. Серджио Бертаццо, биохимик из Университетского колледжа Лондона, Великобритания, согласен с этим. «Им необходимо использовать другие химические/биохимические методы, такие как масс-спектрометрия или любой другой метод, который может подтвердить химическую идентичность того, что они окрашивают».