Содержание
Можно ли возродить динозавра из его ДНК
Сюжет «Парка Юрского периода» не дает нам покоя. Если мы действительно обладаем технологией извлечения генетической информации из ископаемых костей, можем ли мы возродить вымерших миллионы лет назад динозавров?
Никита Шевцев
Jurassic Park 3
Если нам удастся возродить динозавров, можно будет водить людей в такой парк и зарабатывать миллионы долларов. Вот только сохранившейся ДНК динозавров сегодня уже нет, но даже с ней все было бы очень непросто
ДНК содержится в каждой клетке каждого организма, когда–либо жившего на Земле, включая динозавров. Подумайте о ДНК как о молекулах , несущих генетический код — набор инструкций, которые помогают животным, в том числе и людям, расти и процветать.
ДНК каждого из нас отличается от ДНК всех остальных. Это определяет многие характеристики, которые определяют вас, например, цвет глаз или тип волос. ДНК гораздо легче найти в мягких тканях животного – их органах, кровеносных сосудах, нервах, мышцах и жире.
Но мягкие части динозавров давно исчезли. Они либо разложились, либо были съедены другими динозаврами.
Есть ли ДНК в окаменелостях?
Окаменелости динозавров — это все, что осталось от этих доисторических животных. Погруженные на десятки миллионов лет под землю, окаменелости происходят из так называемых твердых тканей динозавра — его костей, зубов и черепа. Ученые находят окаменелости динозавров в земле, в руслах рек и озер, а также на склонах скал и гор. Время от времени кто-нибудь находит его у себя на заднем дворе.
Часто они находятся довольно близко к поверхности, и обычно встроены в осадочные породы. Имея достаточное количество окаменелостей, ученые могут построить скелет динозавра — то, что вы видите, когда идете в музей. Но у ученых возникает большая проблема, когда они пытаются найти ДНК в окаменелостях динозавров. Эти молекулы в конечном итоге распадаются. Недавние исследования показывают, что ДНК разрушается и в конечном счете распадается примерно через 7 миллионов лет.
Кажется, что это довольно много, но последний динозавр умер в конце мелового периода — более 65 миллионов лет назад. Это означает, что палеонтологи не могут восстановить ДНК даже с использованием самых современных методов. Несмотря на то, что уже слишком поздно искать ДНК динозавров, ученые недавно обнаружили нечто почти столь же интригующее. Они обнаружили фрагменты ДНК в окаменелостях неандертальцев и других древних млекопитающих, таких как шерстистые мамонты. Этим фрагментам менее 2 миллионов лет, а значит, они еще не распались.
Но что если ДНК все же удастся восстановить?
Просто для развлечения давайте представим, что каким-то образом, когда-нибудь в будущем, исследователи получили фрагменты ДНК динозавров. Имея только фрагменты, ученые все еще не могли создать полноценного динозавра. Вместо этого им пришлось бы объединить эти кусочки генетического кода с ДНК современного животного, чтобы создать живой организм.
Это существо, однако, нельзя было назвать настоящим динозавром. Скорее, это был бы гибрид, смесь динозавра и, скорее всего, птицы или рептилии. Вряд ли в скором времени это животное смогло бы превратиться хотя бы в велоцираптора — на это потребовались бы столетия генетической модификации, чтобы ДНК нового вида было как можно больше похожа на геном древнего животного.
а можем ли мы на самом деле воскресить динозавров? / Хабр
Этим летом в кинотеатрах начали показывать очередную часть франшизы «Парка Юрского периода» [Мир юрского периода: Павшее Королевство], подкрепляющую нашу любовь к динозаврам, не увядающую с самого детства. Есть что-то захватывающее в самых больших, яростных и «смертельных» созданиях, когда-либо населявших нашу планету. Однако от этих фильмов была и другая польза – они вызвали интерес к ДНК динозавров.
Сцена с «мистером ДНК» из самого первого фильма франшизы – прекрасный пример научных коммуникаций, а концепция извлечения ДНК из тел насосавшихся динозавровой крови москитов – прекрасный пример вымысла.
Но это именно что вымысел.
По счастливой случайности, недавно мы расшифровали общую структуру генома динозавров. Структура генома – это определённая последовательность расстановки генов на хромосомах каждого вида. И хотя у разных животных одного вида будет различная структура ДНК, общая структура генома одинакова для всего вида.
Мы начали с того, что установили наиболее вероятную структуру генома этих предков птиц и черепах, перед тем, как отследить изменения, произошедшие с тех пор и по сегодняшний день. В эту родословную входит появление динозавров и птерозавров ~ 240 млн лет назад, она продолжается через хищных динозавров (тероподов), в чьи ряды входят тираннозавры и велоцирапторы, и заканчивается на птицах.
Несмотря на то, что мы ни разу не заявляли об успешном извлечении ДНК динозавров, у всех на устах, по-видимому, застыл вопрос: а не приближает ли нас всё это к появлению настоящего Парка Юрского периода? В ответ мы говорим твёрдое «нет», и вот, почему.
Во-первых, идея о том, что внутри кровососущих насекомых, хранящихся в янтаре, можно найти нетронутую ДНК динозавров, не работает. Мы уже находили доисторических москитов со следами крови динозавров внутри, но любая ДНК крови за прошедшее с тех пор время уже давно разложилась. Мы смогли успешно изолировать кровь неандертальцев и шерстистых мамонтов, но ДНК динозавров будет для этого слишком старой. Самой старой из обнаруженных ДНК порядка миллиона лет, а чтобы иметь дело с динозаврами, пришлось отправиться бы как минимум на 66 млн лет назад – реалистично говоря, мы очень далеко от этой отметки.
Во-вторых, даже если бы мы и могли извлечь ДНК динозавра, она была бы порублено на миллионы кусочков, и у нас не было бы представления о том, как она должна выглядеть. Это было бы похоже на сбор кусочков самой сложной головоломки в мире, без знания о том, как должна выглядеть итоговая картинка, или все ли кусочки есть в комплекте.
В фильме про парк Юрского периода учёные находят эти недостающие кусочки и заполняют их ДНК лягушек, но в результате вы получили бы не динозавра, а некоего гибрида, «лягузавра».
Эти кусочки ДНК лягушек могли очень разными способами плохо повлиять на развивающийся эмбрион. Кроме того, неизмеримо логичнее было бы использовать ДНК птиц, а не лягушек, поскольку они состоят в более близком родстве с динозаврами (но это бы всё равно не сработало).
В-третьих, идея о том, что нужно только заполучить молекулярную цепочку ДНК, и вуаля, вы способны воссоздать животное целиком – опять-таки, научная фантастика. ДНК – это отправная точка, но развитие животного в яйце – это очень тонкий танец генов, включающихся и выключающихся в нужное время согласно различным подсказкам от окружающей среды.
Коротко говоря, вам потребуется идеальное яйцо динозавра и вся содержащаяся в нём сложная химия. В книге они создавали искусственные яйца, в фильмах – использовали яйца страусов. Эти подходы не сработали бы, нельзя засунуть ДНК курицы в яйцо страуса и надеяться получить курицу (люди это реально пробовали). То же касается и велоцираптора.
А это мы ещё даже не начинали думать о законодательстве, группах протеста и влиянии на экосистему.
Значит, мы не можем воскресить динозавра, но…
Штука в том, что динозавры вообще не умирали. Наоборот, они живут бок о бок с нами. Птицы не появились из динозавров в результате эволюции, птицы — не близкие родственники динозавров. Птицы и есть динозавры.
Динозавры (включая птиц) пережили, по меньшей мере, четыре периода вымирания, и каждый раз появлялись в более разнообразных, странных и причудливых формах. Ключевой элемент нашей работы состоит в нашей теории о том, что эта их способность определяется их структурой генома. Мы обнаружили, что у птицы и большей части нелетающих динозавров есть очень много хромосом (упаковок ДНК). Такое их количество позволяет животным создавать различные вариации, помогая естественному отбору.
Тем не менее, хотя на это и мало шансов, возможно, что в будущем можно будет использовать технологию парка Юрского периода, чтобы помочь нивелировать часть вреда, причинённого людьми. Человечество было свидетелем вымирания таких хорошо известных динозавров, как птица додо и странствующий голубь.
Восстановление ДНК этих птиц, возраст которой составляет всего несколько сотен лет, является гораздо более реалистичным предложением. Также возможно, что для этого подойдут яйца родственных им видов, живущих и поныне. В подходящих условиях мы, возможно, сумеем использовать их для возвращения некоторых из этих исчезнувших видов.
Найдена ли ДНК динозавра? Эксперт объясняет, что мы знаем на самом деле
Исследователи из Китая и США нашли материал в окаменелости динозавра, который, по их утверждениям, похож на ДНК. В новой статье в National Science Review Алида Байль и ее коллеги сообщают об обнаружении удивительно хорошо сохранившегося хряща позднемелового динозавра Hypacrosaurus из Северной Америки, возраст которого составляет от 74 до 80 миллионов лет.
Они выделяют микроструктуры внутри хряща, которые они идентифицируют как ядра и хромосомы внутри его клеток, а также ДНК. Если быть точным, это будет чрезвычайно важная находка. Но сможет ли этот отчет выдержать проверку скептически настроенного мира? Есть причины так не думать.
Соавтор и руководитель новой работы, Мэри Швейцер из Университета штата Северная Каролина, ранее уже сообщала о подобных выводах из различных тканей динозавров. В прошлом такие отчеты вызывали сильную негативную реакцию, и другие ученые утверждали, что не могут воспроизвести результаты.
Но дебаты были трудными, потому что они вращались вокруг конкретных образцов в конкретных лабораториях. Исследователи могут быть не в состоянии воспроизвести исследования, в которых утверждается, что они нашли биомолекулы динозавров по разным причинам. Цитируется высказывание Швейцера о том, что скептики «могут говорить, что хотят», но им нужно придумать другие объяснения, которые лучше соответствуют данным.
Одно из таких предположений скептика, Эвана Саитты из Полевого музея в Чикаго, состоит в том, что обнаруживаемые биомолекулы, включая предполагаемую ДНК, вероятно, не имеют ничего общего с динозаврами или даже с меловым периодом. Скорее всего, они произошли от современных микробов, как он показал в недавней статье.
Микроструктуры, обнаруженные в окаменелых хрящах динозавров.
Алида М. Байель, Wenxia Zheng/National Science Review, CC BY
Палеонтологи сталкиваются с подобными проблемами уже несколько десятилетий. Когда Майкл Крайтон писал об использовании ДНК динозавров, сохраненной в янтаре, для воскрешения доисторических существ в оригинальном романе «Парк Юрского периода» в 1990 году, он опирался на реальную науку.
Новый метод, называемый методом полимеразной цепной реакции (ПЦР), позволял исследователям секвенировать и манипулировать крошечными количествами ДНК. Затем факты следовали за вымыслом, и в серии статей 1992 и 1993 годов сообщалось, что ученым удалось извлечь ДНК из различных окаменелостей, в том числе насекомых из янтаря и даже из костей динозавров, сохранившихся в песчанике.
Читать далее:
Jurassic World: сможем ли мы воскресить динозавра?
Но эти предположения о действительно древней ДНК были быстро опровергнуты.
То, что измеряли исследователи, было современным загрязнением ДНК. Революционные свойства ПЦР фактически привели к краху этих исследований. Он мог клонировать такие мельчайшие количества ДНК, что лабораторные загрязнения, такие как молекула или две ДНК современных насекомых, чихание или чешуйки человеческой перхоти, дали бы убедительные результаты.
Те, кто изучает то, что, по их мнению, является древней ДНК, теперь тщательно обеззараживают свои образцы и работают в антисептических условиях. Но теперь мы также знаем, что молекулы ДНК очень легко разрушаются и обычно живут всего несколько лет. Образцы ДНК столетней давности из музейных экспонатов сильно фрагментированы, и разрушение их молекулярной структуры продолжается быстро.
Используя огромные вычислительные ресурсы, ДНК окаменелостей возрастом около 50 000 лет можно реконструировать из миллионов коротких фрагментов. Возраст самых старых таких образцов составляет 700 000 лет — это далеко от 66 миллионов лет последних динозавров.
Так неужели недавно обнаруженные микроструктуры в хрящах динозавров действительно представляют собой древнюю ДНК? Молекулы ДНК можно идентифицировать, окрашивая их йодидом пропидия. В своей статье Байель и его коллеги отмечают, что они тестировали клетки хряща и выявили реакцию окрашивания. Но они не обнаружили таких ответов в общей матрице кости или, предположительно, в окружающих отложениях.
С другой стороны, в документе нет тестов, позволяющих определить, принадлежат ли реактивные молекулы динозавру или микробу. Маловероятно, что вы сможете секвенировать ДНК, чтобы выяснить это, потому что ее цепи разорвутся на такие крошечные фрагменты, что вы, вероятно, не сможете извлечь из них полезную информацию. Если бы из окаменелости можно было извлечь полную ДНК, то она, скорее всего, принадлежала бы современному источнику, а не существу, жившему 80 миллионов лет назад.
Ученые оптимисты. Было бы замечательно, если бы авторы статьи были правы и идентифицировали нуклеиновую кислоту или другую биомолекулу динозавра.
Тогда в кадр вернется возможность клонирования давно вымершего животного и настоящего Парка Юрского периода. К сожалению, мы, вероятно, находимся в нескольких шагах от совершенно убедительной демонстрации того, что эти структуры действительно являются клетками динозавров или что окрашивающийся в красный цвет материал представляет собой ДНК динозавров.
Можем ли мы действительно извлечь древнюю ДНК из динозавров?
От останков динозавров, которым миллион лет, до «воскрешающих» мамонтов, рассказы в новостях о древней ДНК создают впечатление, что Парк Юрского периода не за горами.
Но древняя ДНК также является важным инструментом для просмотра прошлого. Единственная проблема заключается в том, что его не так много и он не так прост в использовании, как некоторые думают.
Что такое древняя ДНК?
Древняя ДНК может быть выделена из кости или ткани музейного экземпляра или других видов сохранившихся останков.
Несмотря на то, что не существует жесткого правила относительно того, что считать древним, ему может быть от десятков до тысячелетий.
Первый образец древней ДНК был извлечен из 150-летнего музейного экземпляра квагги в 1984 году, но теперь образцы выделены из останков, которым сотни тысяч лет.
Зачем нам нужно знать о древней ДНК?
Знание генетики древних людей и животных дает нам представление о том, как их гены адаптировались к окружающей среде и, следовательно, как мы изменились, чтобы приспособиться к нашей.
«Это дает очень точную картину генетического разнообразия в определенный момент времени и в определенном месте», — говорит Бастьен Ламас, эксперт по древней ДНК из Австралийского центра древней ДНК при Университете Аделаиды.
«Вы можете отправиться прямо в прошлое и сказать: «Это самая точная картина, которую мы можем получить из прошлого».
Он также предоставляет данные, которые ископаемые не могут дать нам, например, семейные отношения. (В окаменелостях минералы заменяют некогда живые части тела, такие как кости и ткани, поэтому ДНК не сохраняется.)
«[С] людьми, растениями, другими животными и микробами возникает ряд вопросов, на которые можно ответить только с помощью ДНК, а не летописи окаменелостей», — говорит Ламас.
«Например, если вы нашли людей и [останки] кажутся мужчиной, женщиной и несколькими детьми, знаем ли мы, что это мама, папа и их дети? Из летописи окаменелостей это будет трудно узнать. Вы не можете быть на 100% уверены, что у вас есть семья.
«Но генетика сможет вам это сказать».
Как извлекают древнюю ДНК?
Первоначально извлечение, амплификация и секвенирование ДНК было трудоемким процессом, но этот метод стал намного проще, когда был изобретен метод полимеразной цепной реакции (ПЦР).
ДНК находится только в ядре клетки, поэтому, если ядро повреждено, вероятно, ДНК не останется для извлечения. Но если есть ядро, есть шанс, что внутри ДНК.
Экстракция ДНК выполняется в несколько стандартных этапов, которые немного различаются в зависимости от типа ДНК.
Получайте новости о научных новостях прямо на свой почтовый ящик.
- Возьмите небольшой образец кости или ткани
- Вскройте клетки путем измельчения или раздавливания
- Удалите жиры из образца с помощью специального моющего средства
- Отделите ДНК от белков с помощью фермента, разрушающего белок
- Вытяните ДНК из раствора с помощью преципитации – иногда это делается с помощью фенола и/или хлороформа
- Отцентрифугировать образец, чтобы нерастворившаяся ДНК собралась на дне пробирки
- Очистить ДНК
- Сделать копии ДНК с помощью ПЦР
Вуаля! Вы только что извлекли и сделали копии древней ДНК.
Процесс экстракции на бумаге может показаться простым, но на самом деле он занимает много времени и требует абсолютно стерильных условий. Очень легко потерять образец из-за небольшой ошибки, поэтому необходима тщательная точность.
Есть ли другие проблемы?
«Недостаточное количество, деградировавшая и фрагментированная ДНК и загрязнение — вот четыре проблемы, с которыми мы сталкиваемся в отношении древней ДНК», — говорит Ламас.
ДНК представляет собой длинную молекулу, состоящую из звеньев, называемых парами оснований. Каждая из них представляет собой пару более мелких молекул, соединенных в длинную цепочку. Однако, как и в настоящей цепочке, эти звенья можно разорвать.
Со временем ДНК мертвого тела распадается на все более мелкие фрагменты, пока не исчезнет совсем. Чем старше образец, тем сильнее деградировала ДНК, если только что-то вроде сильного холода не замедлит процесс.
«Не так много ДНК выживает, а ДНК со временем распадается», — говорит Ламас.
«Он становится чрезвычайно фрагментированным и поврежденным… Настолько, что последовательность можно немного изменить».
Это потому, что молекулы пары оснований разрушаются и вызывают мутации, которых не было в живом организме. Это может привести к ошибкам в коде, которые не отражают ДНК исходного организма.
Наконец, когда останки лежат буквально тысячи лет, они, вероятно, заражены другим организмом, особенно микробной ДНК.
«Например, если у вас есть кость человека, вы получите некоторое количество ДНК человека, а также много ДНК бактерий, которые вторглись в тело после смерти», — говорит Ламас.
«А еще есть [ДНК] бактерий, живущих в почве вокруг кости, растений и других животных [которые прикасаются к ней] — как если бы животное жевало кость».
Обычно древней ДНК остается так мало, что ее необходимо извлекать в строго стерильных условиях, чтобы она не разлагалась дальше или не была случайно заражена в лаборатории. Если это произойдет, весь образец может быть потерян.
Какая самая древняя ДНК?
«ДНК живет максимум от одного до 1,5 миллионов лет, так что забудьте о динозаврах!» — говорит Ламас.
На сегодняшний день самая старая ДНК, найденная и извлеченная, принадлежит образцу мамонта, которому потенциально может быть до 1,6 миллиона лет. ДНК сохранилась лучше, чем другие образцы древних мамонтов, потому что вечная мерзлота на северо-востоке Сибири не позволила ей быстро разлагаться. Сильный холод замедлил процесс деградации.
Это показывает, что при правильных условиях хранения и новых технологиях мы могли бы извлекать и изолировать даже более старую ДНК.
Но когда вы в восторге от воскрешения мамонтов, просто помните — извлечение древней ДНК до сих пор крайне редко и очень трудно сделать!
Дебора Дэвис
Дебора Дэвис — научный журналист в Cosmos. Она имеет степень бакалавра гуманитарных и естественных наук (с отличием) в области биологии и философии Сиднейского университета и докторскую степень в области молекулярной генетики растений Университета Аделаиды.