Первый «Парк Юрского периода» вышел в 1993 году. В фильме Стивена Спилберга был показан мир, в котором ученые нашли ДНК динозавров в доисторическом янтаре и клонировали их в лаборатории. В результате древние существа оказались на Земле рядом с современными животными.
В этой статье поговорим о научных препятствиях на пути воскрешения динозавров. Рассмотрим исследования, связанные с сохранением ДНК динозавров и их и белков в окаменелостях, и объясним, почему полное восстановление вымерших видов остается маловероятным. А также увидим, как исследование древней ДНК помогает решать текущие проблемы людей.
Почему нет?
Чтобы клонировать динозавра, понадобятся остатки его уникальной генетической информации — ДНК. В «Парке Юрского периода» ученые извлекли ДНК динозавра из комара, напившегося крови динозавра, а затем застывшего в куске янтаря.
Возможен ли такой сценарий в реальной жизни?
Научная область, занимающаяся извлечением, анализом и интерпретацией ДНК из древних останков организмов называется исследованием древней ДНК (аДНК). Она зародилась в 1984 году, а ее бурный рост как раз таки совпал с выходом «Парка Юрского периода».
И началось все далеко не с динозавров. В 1984 году группе исследователей удалось выделить и секвенировать короткий фрагмент ДНК из высушенной мышцы музейного экземпляра квагги.
Ученые, занимавшиеся поиском ДНК динозавров, представляли собой лишь небольшую часть сообщества аДНК. Однако шумиха, поднятая вокруг поиска древнейшей ДНК в 1990-х годах после выхода «Парка Юрского периода», сильно повлияла на развитие этой дисциплины.
Область стала мультидисциплинарной. Исследователи из разных научных кругов объединились в общем стремлении получить ДНК из древнего материала, чтобы узнать больше об эволюции.
В 2017 году ученые нашли кусочки бирманского янтаря, в котором были клещи, пившие кровь птичьих динозавров около 99 миллионов лет назад.
Один из паразитов предположительно запутался в пере динозавра. Другой был обнаружен в отдельном куске янтаря из того же региона и раздулся в восемь раз, поскольку был переполнен кровью в момент смерти.
Сохранившееся оперение с клещами, вероятно, принадлежало либо пернатому динозавру, либо примитивному виду птиц, известному как энантиорнитин.
Начало хорошее, однако дальше история не пошла по тому же сценарию, что и фильм.
По заверениям исследователей, кровь слишком разложилась, чтобы из нее можно было выделить ДНК и использовать ее для клонирования. ДНК уязвима и быстро разрушается, в том числе и под действием солнечного света и воды.
Смола ископаемых деревьев — в принципе не лучший способ сохранения ДНК. Когда вязкая субстанция захватывает небольшое животное, мягкие ткани сразу же начинают разлагаться, и большая часть ДНК теряется еще до того, как животное полностью окажется в янтаре. Даже если часть ДНК сохраняется, химические соединения смолы вступают с ней в реакцию и со временем разрушают ее.
В 2012 году исследователи выяснили, что период полураспада ДНК составляет 521 год — то есть половина материала ДНК разрушается примерно через 500 лет, затем половина от того, что остается, — еще через 1000 лет, и так далее. При идеальной температуре хранения -5 ºC каждая связь в ДНК будет разрушена через 6,8 миллиона лет. ДНК перестанет быть читаемой через 1,5 миллиона лет.
Кроме того, большинство сохранившихся окаменелостей насекомых, найденных в янтаре, в принципе не могут содержать кровь динозавров — к тому времени, когда насекомые попали в ловушку, динозавры уже вымерли. Многие насекомые после попадания в ловушку разлагаются изнутри, не оставляя ничего, что можно было бы извлечь.
Если бы исследователи нашли идеально сохранившегося в янтаре комара, напившегося крови динозавра, извлечь ДНК все равно было бы непросто. Кровь с ДНК динозавра была бы окружена телом насекомого, у которого есть своя ДНК. Кроме того, в янтаре может находиться и ДНК других клеток, загрязняющих образец.
Но даже если бы и удалось извлечь ДНК, то возникли бы сложности непосредственно при клонировании. Нужно иметь достаточное количество фрагментов ДНК, чтобы воссоздать весь геном. Каждый геном состоит из миллионов нитей ДНК. И если определить порядок или последовательность оснований в ДНК, то тогда их можно собрать их воедино. Не имея возможности полностью проанализировать геном, нельзя получить полную картину того, как воссоздать динозавра.
А можно ли восстановить ДНК динозавров?
Такая идея была: исследователи предполагали, что могут секвенировать последовательность ДНК динозавров и воссоздать необходимые нити ДНК. Но на данный момент это технически невозможно. Например, секвенирование генома человека заняло 13 лет, и конечный результат был совсем не тем, что исследователи могли бы использовать для клонирования людей. Реконструкция полных нитей ДНК динозавров потребует технологий, намного превосходящих существующие сегодня.
Но и на этом сложности не заканчиваются. Наиболее распространенная форма клонирования животных включает в себя ядерный перенос. Ученые помещают ядро одной клетки во вторую клетку того же вида после разрушения ядра второй клетки. Так была клонирована овечка Долли и множество других животных.
То есть для клонирования необходимо ядро клетки с сохранившимися хромосомами, так как в ядре содержится генетическая информация, необходимая для формирования организма. Процесс клонирования включает в себя передачу ядра клетки донора в яйцеклетку-ооцит, из которой удалено собственное ядро.
Но динозавр — вымерший вид, и главная проблема в том, что непонятно, какое животное можно использовать в качестве донора яйцеклеток и в качестве реципиента. ДНК динозавра нужно поместить в современное близкородственное животное с довольно похожим геномом (например, в птицу или рептилию), чтобы отредактировать ее в яйцеклетке.
Даже если все условия будут соблюдены, и ученые смогут произвести клонирование, то в итоге получится не настоящий динозавр, а гибрид.
Так что на пути сценария «Парка Юрского Периода» стоит много ограничений:
Кровь, содержащая ДНК динозавра, разлагается в смоле, и из нее невозможно извлечь ДНК.
Период полураспада ДНК составляет примерно 500 лет. С учетом того, что динозавры вымерли около 66 миллионов лет назад, оставшаяся ДНК становится неизвлекаемой.
Большинство найденных окаменелостей в силу возраста не могут содержать кровь динозавров.
Кровь с ДНК динозавра загрязняется другой ДНК.
Невозможность применить к динозаврам (и к другим вымершим животным) существующие техники клонирования.
Кроме того, есть и этические последствия клонирования динозавров, о которых поговорим дальше.
Проект Chickenosaurus
Раз с сохранением и извлечением ДНК динозавра возникают такие сложности, то можно пойти обратным путем и использовать реверс-инжиниринг, то есть манипулировать ДНК существующих потомков динозавров.
Джек Хорнер — один из самых знаменитых палеонтологов в мире. Он послужил прообразом для доктора Алана Гранта из «Парка Юрского периода», а также выступил техническим консультантом фильма.
В 2017 году Хорнер и его команда исследователей и палеонтологов из Университета запустили проект «Chickenosaurus» («Курозавр»).
Основные идеи своей теории Хорнер изложил еще в 2009 в книге «How to Build a Dinosaur. Extinction Doesn’t Have to be Forever». Хорнер говорит, что нет нужды извлекать древнюю ДНК для клонирования. Мы знаем, что птицы произошли от динозавров, — и они и есть динозавры. Большая часть генетической программы, где заложены характеристики динозавров, которых ученые хотят вернуть, все еще должна быть доступна в птицах — а именно, в курице.
В проекте «Chickenosaurus» ученые пытались перепрограммировать куриные эмбрионы на формирование зубов, предплечий и хвоста, изменяя «уровни регуляторных белков, которые эволюционно подавляли эти характеристики у птиц».
По заявлениям Хорнера, от обычной курицы к миниатюрному велоцираптору его приведут три основные инженерные задачи: создание длинного хвоста, зубастой головы без клюва и рук с пальцами и когтями вместо крыльев.
В 2020 году Хорнер написал в твиттере, что «проект Chickenosaurus все еще продолжается и ученые пытаются понять, как сформировался птичий хвост. Как только они разберутся в этом, то попытаются реконструировать хвост динозавра».
В 2023 году Хорнер написал, что «эволюция птичьего хвоста раскрыта!» Однако общественность пока еще не увидела живого динозавра.
Building a dinosaur from a chicken | Jack Horner
Но опять же, даже если ученым и удастся довести свой план до конца, это будет не настоящий динозавр, а генетически модифицированная курица. Она будет только выглядеть как динозавр, но не обладать поведенческими и прочими характеристиками своих предков-динозавров.
Но по сути — это и не цель проекта. Хорнеру важно изучить роли генов и процессы развития в эволюции. С его помощью ученые смогут больше узнать, как сформировались птицы.
Ученые против вымирания
Пока науке известен только один случай, когда удалось клонировать вымершее животное.
Используя замороженные клетки, группа испанских и французских ученых в 2003 году успешно клонировали вымершего в 2000 году пиренейского козерога (Capra pyrenaica pyrenaica). Однако через несколько минут он умер из-за дефекта легких. Это единственное животное, которое удалось вернуть после вымирания, а также единственное, которое вымерло дважды.
Кроме динозавров, другое доисторическое животное, представляющее большой интерес — это мамонт. Окаменелости мамонтов значительно моложе окаменелостей динозавров, всего около 30 000 лет.
И такая разница вселяет надежду на лучшую сохранность ДНК. Но для клонирования мамонта все равно потребуется идеально сохранившийся экземпляр. Ткани мамонта проходили циклы замораживания и оттаивания или хранились при экстремально низких температурах, что могло повредить ДНК.
Исследователи с детенышем шерстистого мамонта, обнаруженным в замороженном состоянии в глине и грязи на полуострове Ямал в Сибири. Считается самым полным образцом этого вида из когда-либо найденных, Музеей естественной истории в Лондоне, 19 мая 2014 года.
В 2005 году Стефан Шустер и его коллеги из Университета штата Пенсильвания, сообщили, что им удалось секвенировать часть генома мамонта. Исследователи секвенировали 28 миллионов пар оснований ДНК в рамках метагеномного подхода, используя образец шерстистого мамонта из Сибири. Это удалось благодаря использованию отлично сохранившегося образца и недавно разработанного метода эмульсионной полимеразной цепной реакции.
Но для клонирования недостаточно только расшифрованного генома. Нужна клетка-донор: ядро с сохранившимися хромосомами.
Существует, например, техасский биотехнологический стартап Colossal Biosciences. Его цель — использовать передовые методы генной инженерии и клонирования для воссоздания вымерших видов, в частности, мамонтов. Это включает в себя извлечение генетической информации из хорошо сохранившихся образцов и попытки внести эти гены в гены современных слонов.
Бен Ламм, соучредитель Colossal, ставит целью вернуть мамонта в тундру, чтобы озеленить и восстановить арктические пастбища. По словам Ламма, — это будет новый радикальный подход к борьбе с изменением климата и защите углерода и метана, запертых в вечной мерзлоте. Вернув мамонтов и поддерживая подходящую среду, можно создать благоприятные условия для удержания парниковых газов в почве, что важно для сдерживания изменения климата.
Используя секвенированный геном мамонта, Colossal удалось определить гены, которые способствуют адаптации к холодоустойчивости. С помощью CRISPR и другого процесса редактирования генов — TALEN, команда планирует отредактировать эти холодоустойчивые адаптации в геноме современного азиатского слона.
Кстати, ДНК мамонтов пытаются использовать не только с целью воскрешения. Например, бельгийский стартап Paleo, занимающийся созданием искусственного мяса, утверждает, что добавил белок шерстистого мамонта в бургер на растительной основе, чем придал мясу более насыщенный вкус. Подобное заявил и австралийский пищевой стартап Vow — они использовали ДНК шерстистого мамонта для создания выращенной в лаборатории фрикадельки.
Но вернемся к воскрешению вымерших животных.
Кроме динозавров и мамонтов ученые пытаются воскресить додо, или маврикийского дронта. Этим тоже занимается стартап Colossal. Они планируют объединить ДНК дронта с ДНК его ближайшего родственника — никобарского голубя — а затем создать первичные зародышевые клетки. Но и здесь точную копию дронта получить не удастся: это будет гибрид голубя и дронта.
Окаменелости Додо, Colossal Biosciences
При этом компания Colossal надеется, что эту технологию можно будет применить для сохранения исчезающих видов по всему миру. Проект уже получил финансирование в размере 150 миллионов долларов.
Динозавр XXI века: этические проблемы
Представим, что ученым все же удалось восстановить достаточное количество ДНК для клонирования и воссоздать вымерших животных.
Какие у этого будут последствия? Как клонированные динозавры повлияют на современную экосистему? Как говорил доктор Малкольм в «Парке Юрского периода»: «Если ты можешь что-то сделать, это не означает, что ты должен это делать».
Некоторые палеонтологи считают, что воскрешение динозавров — это жестоко по отношению к самим динозаврам, чьи экосистемы давно эволюционировали с момента их существования.
Например, тираннозавр и трицератопс жили в конце мелового периода, около 70-66 миллионов лет назад, когда мир был другим. Тогда было значительно теплее, уровень моря был другим, а также расположение континентов.
Уровень кислорода в атмосфере в те времена достигал пика в 30%. Для сравнения, сегодня уровень кислорода составляет 21%. Уровень углекислого газа в эпоху динозавров также был значительно выше — более чем в четыре раза, чем сегодня.
Динозавры питались совсем другой пищей — тогда не было ни лугов, ни огромных цветущих лесов. И вряд ли бы они смогли выжить в современных условиях — эти виды просто столкнутся с нехваткой ресурсов.
Процесс возвращения динозавров в современные экосистемы может иметь огромные последствия и негативно повлиять на существующие виды. Во-первых, динозавры могут стать инвазивными видами. У них не будет естественных хищников, динозавры станут конкурировать с местными видами за ресурсы и разрушать сложившиеся пищевые цепочки.
Во-вторых, вместе с динозаврами могут вернуться и вымершие вместе с ними вирусы и патогены. И как эти вирусы и патогены повлияют на людей и другие современные виды, никто не знает.
Содержание же динозавров в зоопарках вызывает не меньше опасений.
Другие же утверждают, что возрождение вымерших видов может потенциально восстановить экосистемы. Например, ученые, работающие над воскрешением мамонта, надеются, что его появление восстановит баланс на арктических просторах.
Но при этом большинство склоняется к тому, что воскрешение динозавров — это плохая идея, имеющая множество негативных последствий, которые перевешивают любые потенциальные выгоды.
Кроме того, возникают вопросы и к самому процессу клонирования. В экспериментах по генетической модификации большое количество животных-подопытных подвергается сложным инвазивным процедурам для достижения результата.
Но не динозаврами едиными, ведь есть на планете вид, изучение ДНК которого более актуально (и прибыльно). Этот вид — сами люди.
Не только динозавры
Пока что мечта о «Парке Юрского периода» остаётся недостижимой, но несмотря на все сложности и этические проблемы продолжает вдохновлять научные исследования и развивать область исследования древней ДНК.
И сегодня анализ древней ДНК помогает ученым решать различные загадки, связанные с происхождением человека, процессами миграции и распространением инфекционных заболеваний.
Например, международная группа исследователей во главе с Уильямом Барри из Кембриджского университета оказалась близка к разгадке того, почему рассеянный склероз чаще встречается у белых северных европейцев, чем у южного населения Европы.
Исследователи объединили десятки недавно секвенированных средневековых и более поздних геномов датчан с базой данных древних последовательностей и получили базу данных людей, представляющих десятки тысяч лет существования человечества в Евразии.
Среди них они обнаружили «поразительные закономерности» в вариантах генов, связанных с рассеянным склерозом сегодня. Выяснилось, что гены, которые когда-то защищали доисторических охотников-собирателей или пастухов бронзового века от опасных патогенов, сегодня повышают риск развития нейродегенеративных заболеваний — рассеянного склероза и болезни Альцгеймера у европейцев.
Эти данные помогут выявить новые методы лечения этих заболеваний (и заработать на этом, конечно же). Учитывая то, что с каждым годом эти разработки набирают скорость, будущее готовит нам немало сюрпризов и этических дилемм. Ну а нам остается только наблюдать.
Напоследок хочется спросить у читателей — стоит ли по вашему мнению заниматься возрождением вымерших видов? Или лучше отказаться, так, на всякий случай, чтобы не повторить сюжет известной франшизы.
НЛО прилетело и оставило здесь промокод для читателей нашего блога:
-15% на заказ любого VDS (кроме тарифа Прогрев) — HABRFIRSTVDS.
