Почему мы все еще пытаемся создать Парк Юрского периода
«Парк Юрского периода», пожалуй, лучший голливудский блокбастер. Помимо привлекательности динозавров, грызущих людей, напряженных сцен боевых действий и новаторской кинематографии, его выпуск в 1993 году стал важной вехой в сочетании кино и науки. Пока мировая аудитория наслаждалась кровавым действием, идея фильма — извлечение ДНК из ископаемых насекомых, сохранившихся в янтаре, для воскрешения динозавров — получила признание благодаря публикации в нескольких громких исследованиях ископаемого янтаря. Авторы восстановили древнюю ДНК из янтаря и даже возродили обитающие в янтаре бактерии. Мир, казалось, был готов к созданию настоящего «Парка Юрского периода». Но с тех пор наука претерпела множество изменений. Все большее число палеонтологов сообщают о наличии в окаменелостях ДНК и белков, которые также несут генетическую информацию. Эти химические следы могут дать беспрецедентное понимание древней жизни и эволюции. Но такие сообщения являются источником постоянных дебатов и разногласий среди ученых. Наше недавнее исследование, опубликованное в журнале Nature Ecology and Evolution, предлагает новое понимание.
ДНК дает наиболее подробную информацию по сравнению с другими молекулами о том, насколько тесно родственны виды. Однако ДНК чрезвычайно хрупка и быстро распадается после смерти организма. Тем не менее, ДНК иногда может выжить в полярном климате, поскольку низкие температуры замедляют распад. Таким образом, геологически молодая ДНК (возрастом тысячи лет) может воскресить вымерших животных от последнего ледникового периода до недавнего прошлого. Коммерческие компании, такие как Pleistocene Park, Colossal и Revive & Restore, работают над проектами по возвращению шерстистого мамонта и странствующего голубя. Между этими мамонтами и динозаврами, вымершими 66 миллионов лет назад, существует длительный временной разрыв. Однако есть некоторые свидетельства того, что генетический материал может сохраняться в окаменелостях даже в таких временных масштабах. Например, ископаемые хромосомы — фрагменты ДНК размером меньше клетки — были обнаружены у растений возрастом до 180 миллионов лет и у динозавра возрастом 75 миллионов лет. Однако ученым еще предстоит найти доказательства того, что настоящая ДНК может сохраняться в течение десятков миллионов лет.
Белки также кодируют информацию (в виде аминокислотных последовательностей), которая может пролить свет на эволюционные связи между видами. Ученые полагают, что белки могут сохраняться дольше, чем ДНК. Действительно, исследователи нашли множество примеров окаменелых белков, в первую очередь неповрежденных аминокислотных последовательностей коллагена (белка, обнаруженного в соединительных тканях), но им не более нескольких миллионов лет. Ученые не ожидают, что крупные фрагменты белка выживут так же долго, как более мелкие. В 2007 году научное сообщество было взбудоражено сообщением о фрагментах коллагена возрастом 68 миллионов лет в кости тираннозавра рекса. Однако вскоре последовали разногласия, поскольку возникли опасения по поводу методологии команды, например, возможности заражения и отсутствия строгого контроля и независимой проверки. Подобные дебаты окружают и более поздние сообщения о деградированных белках и коллагеновых волокнах в окаменелостях возрастом около 130 миллионов лет. Эти исследования подчеркивают трудности работы с окаменелостями, особенно с использованием аналитических методов, которые могут быть непригодны для использования на древних тканях. Однако доказательства выживания остатков ископаемых белков оказались убедительными.
Эти исследования также стимулируют других исследователей к изучению новых методов и аналитических подходов, которые могут лучше подходить для использования с окаменелостями. В нашем новом исследовании рассматривается один из таких подходов: использование сфокусированного луча света и рентгеновских лучей для облучения образцов древних перьев. Эти методы показывают, какие химические связи присутствуют, предоставляя информацию о структуре белков. В свою очередь, это помогает нам обнаружить следы белков в ископаемых перьях. Наш анализ пернатого динозавра Sinornithosaurus возрастом 125 миллионов лет выявил обилие гофрированных белковых структур, соответствующих белку под названием бета-кератин, который распространен в современных перьях. Спиральные белковые структуры (свидетельствующие о другом белке, называемом альфа-кератином) присутствовали лишь в небольших количествах. Когда мы смоделировали процесс окаменения в лабораторных экспериментах, мы обнаружили, что гофрированные белковые структуры при нагревании распутываются и образуют спиральные структуры. Эти результаты позволяют предположить, что древние перья по химическому составу были удивительно похожи на современные перья. Это также предполагает, что спиральные белковые структуры в окаменелостях, вероятно, являются артефактами процесса окаменения. Но в конечном итоге наши результаты показывают, что следы белков действительно сохраняются в течение сотен миллионов лет.
Сегодня палеонтологи могут проверять окаменелости на наличие древних молекул, используя арсенал методов, которые были недоступны 30 лет назад. Это позволило нам идентифицировать фрагменты молекул ископаемых животных возрастом от десятков до сотен миллионов лет. Ученые обнаружили гемоглобин, белок в эритроцитах, у насекомых возрастом 50 миллионов лет, а также пигменты меланина в чернильных мешочках кальмаров возрастом 200 миллионов лет. Однако в конечном итоге нам нужна неповрежденная ДНК, чтобы воскресить виды. Так что хотя учёные и добились большого прогресса, перспектива остаётся из области научной фантастики. Все данные окаменелостей и экспериментов на сегодняшний день позволяют предположить, что ДНК просто вряд ли выживет в течение десятков миллионов лет. Даже если бы ученые действительно нашли фрагменты ДНК в окаменелостях динозавров, они, вероятно, были бы очень короткими. Короткие фрагменты ДНК вряд ли дадут нам полезную информацию о виде. И у нас пока нет технологии, позволяющей подтвердить, что такие редкие фрагменты ДНК являются оригинальными, а не случайными комбинациями аминокислот, образовавшимися в ходе окаменения. Улучшение лабораторных протоколов и экспериментов по окаменелостям помогает нам более точно интерпретировать окаменелости. Это открывает путь к более тщательным исследованиям древних молекул. В будущем эти исследования могут бросить вызов нашим представлениям о том, как долго могут существовать молекулы, и даже изменить наше понимание эволюции жизни на Земле.
