Многие из вас смотрели голливудские блокбастеры про парки и миры юрского периода, где ученым удалось воссоздать динозавров из древней ДНК. Возможно ли сегодня клонировать ящеров, обитавших на нашей планете миллионы лет назад? С какими трудностями можно столкнуться?
Чтобы выяснить детали, я связалась с молекулярным палеонтологом из Университета Северной Каролины, профессором Мэри Швейцер. Более тридцати лет она изучает кости динозавров на внутриклеточном уровне. Благодаря ее упорной работе и новаторскому подходу был совершен ряд научных открытий. Впервые в палеонтологии она применила метод деминерализации: растворила минералы и соли в образцах костной ткани тираннозавра и гадрозавра. Этот способ позволил ей обнаружить фрагменты костного мозга, кровеносных сосудов и даже коллаген (белок соединительной ткани в костях).
Кровеносные сосуды гадрозавра – утконосого ящера, жившего 80 миллионов лет назад. Изображение М.Швейцер
До этого считалось, что при образовании окаменелостей вся органика разлагается. Оставшиеся минералы смешиваются с новыми, которые выщелачиваются и принимают форму кости. А хрупкие цепи аминокислот в белках распадаются. Швейцер доказала, что не все кости – «камень». Более того, в останках древнего ящера она обнаружила ядра клеток, а в них хромосомы с ДНК.
В конце прошлого года команда палеонтологов под руководством профессора нашла хорошо сохранившиеся кости гипакрозавра возрастом 75 миллионов лет.
Гипакрозавр жил в Северной Америке в конце мелового периода. 9-метрового ящера можно отличить по характерному гребню на голове. Изображение В.Константинов
На лабораторные исследования образца ушли месяцы, но результат превзошел все ожидания. В хрящевой ткани черепной кости были найдены клетки, содержащие хромосомы, конденсированные нити белков и ДНК. Внутриклеточный материал смог пережить окаменение. Исследования показали, что кальцинированный хрящ может сохраняться на молекулярном уровне в течение многих десятков миллионов лет.
Остатки древних хондроцитов (клеток хрящевой ткани), включая их ДНК, сохранились до наших дней. Рис.А Затылочная часть черепа гипакрозавра (вид сверху). Рис.В Кальцинированная хрящевая ткань с хондроцитами в увеличении. Рис.С Некоторые клетки кажутся пустыми (зеленая стрелка), но другие клетки (розовая стрелка) содержат ядро (белые стрелки). Рис.D Хромосомы в фазе деления клетки (метафаза). При погружении в спецраствор, который используется для окрашивания ДНК в живых клетках, в клетках гипакрозавра видны маленькие светло-красные точки, что указывает на присутствие ДНК. Изображение М.Швейцер,2020.
Нет ничего удивительного в том, что окаменелые останки древних существ содержат ДНК. Кость наполовину состоит из минерала гидроксиапатита, который тесно взаимодействует с некоторыми биомолекулами, включая ДНК. Этот минерал часто используют в лаборатории для очищения и концентрирования ДНК.
Слева: Гидроксиапатит, основной минерал костей и зубной эмали. Изображение Public Domain. Справа: сверхтонкий срез костной ткани динозавра, готовый для лабораторных исследований. Изображение М.Швейцер
Профессор Швейцер находила ДНК и раньше, в 1990-х и 2000-х годах. Но из-за повреждений ДНК невозможно было секвенировать. Поэтому важное значение имеет степень сохранности найденных образцов.
Как долго может сохраняться ДНК? До открытия Швейцер считалось, что ДНК может сохраняться несколько сотен тысяч лет. Самая древняя восстановленная и идентифицированная ДНК принадлежит лошади, жившей 700 тысяч лет назад. Кости животного нашли в вечной мерзлоте на территории Канады. Теперь мы знаем, что внутриклеточные структуры сохраняются гораздо дольше – до 75 миллионов лет.
Предок лошади Haringtonhippus, жил в период плейстоцена. У древних лошадей были зеброидные полосы и короткая голова. Изображение J.Blanco
А если попробовать извлечь ДНК из древних насекомых, застывших в капле древесной смолы? К сожалению, сюжет фильма «Парк юрского периода» 1993 года далек от реальности. По словам Швейцер, янтарь плохо сохраняет ДНК. Об этом говорится и в научной работе ее британских коллег из Манчестерского университета. Исследователи попытались извлечь ДНК из двух древних пчел, попавших в копал. Копал очень похож на янтарь, только значительно моложе. Извлечь неповрежденную ДНК им не удалось. Ученые сделали вывод, что биомолекулы не сохраняются в материалах такого типа, включая янтарь, который старше копала на десятки миллионов лет.
Два экземпляра безжальной пчелы Trigonisca ameliae, застывших в колумбийском копале. Изображение David Penney et al.2013
Что может помешать восстановлению ДНК? Первая сложность в идентификации ДНК. Чтобы понять, кому она принадлежит, нужно ее локализовать с геномом живых потомков. Фрагменты ДНК древней лошади, о которой упоминалось выше, были повреждены. Их сравнили с геномом современной лошади и установили, что обе ДНК имеют одно и то же происхождение.
С динозаврами ситуация сложнее. У большинства из них есть живые потомки – птицы. Но птицы произошли от теропод – группы двуногих, в основном, хищных динозавров. К ним относятся, например, тираннозавр и велоцираптор. У других групп динозавров, в том числе гадрозавров, цератопсов, стегозавров и анкилозавров, живых потомков нет. Выходит, что всех ящеров воспроизвести не получится.
Также существует проблема заражения или загрязнения найденных образцов. В кость может попасть бактерия, древняя или современная, при жизни динозавра или после его смерти. При изучении фрагментов ДНК возникает вопрос, чьи они – динозавра или микроба. Чтобы исключить загрязнение ископаемых останков, доктор Швейцер оставляет вокруг до одного метра породы при их извлечении. Она не использует клеи или консерванты, очищает образцы только в спецлаборатории. Масс-спектрометр тоже проходит обработку.
В гипсе лежат кости гадрозавра возрастом 80 миллионов лет. Палеонтологи готовят ценный груз к транспортировке. В найденных образцах потом найдут фрагменты мягкой ткани и кровеносных сосудов. Изображение М.Швейцер
Предположим, найдена или секвенирована полная ДНК динозавра. Это значит, что у ученых есть целый геном. Он содержит «мусорную» и вирусную ДНК, вшитые в генетический код динозавра. По словам Швейцер, вирусная ДНК может стать проблемой, так как она может заразить современных животных.
Далее, для клонирования древней рептилии нужно будет найти материнский организм. Очевидно, что это будет птица. Опустим вопросы иммунологии и представим, что из яйца вылупилось новое существо. Сможет ли это животное выжить в современном климате? Ведь его организм жил в совершенно другом мире. Миллионы лет назад уровень кислорода и углекислого газа, а также температура были другими. Кроме того, новорожденный ящер не сможет усваивать мясо животных и листья растений современного мира. Для этого у него нет пищеварительных ферментов. У «новичка» также не будет мезозойских бактерий для усвоения пищи.
У динозавров своя “диета”, заложенная природой на генетическом уровне. Два детеныша велоцирпатора охотятся за мелким млекопитающим заламбдалестесом. Меловой период. Изображение R.Akeiron
Динозавры были созданы, чтобы есть других динозавров или древние растения, считает профессор. Если клонировать плотоядного хищника, значит, придется создавать для него «еду» – других ящеров. Если травоядного, то выращивать растения его времени.
Чтобы создать устойчивую популяцию с генетическим разнообразием, потребуется не менее пяти тысяч ящеров. Встает вопрос, как клонировать такое количество, например, тираннозавров или диплодоков? Если бы смогли, то где разместить ящеров?
Где разместить тысячи завроподов? При этом нужно будет учитывать условия (климат, воздух), в которых они могут жить. И как выращивать для них сотни гектаров деревьев мезозойской эры?
Таким образом, прежде чем клонировать динозавра, ученым придется решить много проблем. Найти и идентифицировать ДНК в окаменелостях древних ящеров возможно в свете последних научных открытий. Но, как выясняется, это самое легкое, что можно сделать.
Это интересно
Новости партнеров
Амазахи — белый север Африки 
Как нарастить ресницы самостоятельно – инструкция