Книга Наука воскрешения видов. Как клонировать мамонта - Бет Шапиро

В начале 90-х годов XX века исследование древней ДНК только начинало наращивать обороты как серьезный научный проект. Ученые выделили цепочки ДНК из останков 170-летней квагги (вымершего родственника зебры), человеческих мумий, чей возраст насчитывает несколько тысяч лет, а также мамонтов и неандертальцев возрастом более чем в 30 тысяч лет. Исследователи только начали осознавать, какие тайны может открыть нам эта древняя ДНК.

Первое применение ученые нашли ей в таксономии: с ее помощью можно определить, какие из живущих видов были ближайшими родственниками вымерших. К примеру, теперь мы знаем, что индийские слоны состоят в более близком родстве с мамонтами, чем африканские, и что ближайший живущий родственник дронта – гривистый голубь, красивая птица с цветастым оперением. Некоторые результаты анализа древней ДНК удивили нас. В Новой Зеландии было описано три разных вида моа (Dinornis) на основе различий в размерах их костей. Но благодаря древней ДНК, выделенной из этих костей, мы узнали, что на самом деле на каждом острове обитало только по одному виду больших моа. Размер не имел никакого отношения к таксономии: более крупные кости принадлежали самкам моа, а менее крупные – самцам.

По мере того как совершенствовались технологии извлечения древней ДНК, эта научная отрасль прогрессировала: от вопросов таксономии мы перешли к более детальным вопросам эволюционной истории популяций. Исследуя последовательности ДНК, мы можем увидеть скрытые паттерны локальных вымираний и распространения видов на большие расстояния – все это мы не могли установить, изучая ископаемые остатки. К примеру, лошади – тот самый вид, который в итоге одомашнили люди, – существовали как отдельный таксон в течение по меньшей мере одного миллиона лет. Лошади впервые появились в Северной Америке и распространились в Азию по Берингову перешейку, периодически соединявшему два континента во времена ледниковых эпох плейстоцена. В течение этого периода лошади несколько раз перемещались между Северной Америкой и Азией в обоих направлениях, каждый раз образовывая новые популяции и/или гибридизируясь с уже существующими. Можно даже рассматривать возвращение лошадей в Северную Америку европейскими колонистами как последнее событие в череде локальных вымираний, распространений и восстановлений их вида на этой территории. Дикие лошади Северной Америки, в сущности, представляют собой результат непреднамеренного эксперимента по восстановлению дикой природы, увенчавшегося полным успехом.

С помощью древней ДНК можно выявить гены, отвечающие за признаки, больше не встречающиеся у современных животных, к примеру гемоглобин мамонтов, благодаря которому эритроциты более эффективно разносят кислород по организму крупного животного в условиях сильных холодов. Благодаря древней ДНК мы также можем с точностью определить, какие генетические изменения определяют наши отличия от неандертальцев. В общем, древняя ДНК оказалась мощным инструментом для изучения эволюционных процессов, которые сформировали существующее разнообразие форм жизни.

Исследовательской группой, лидирующей в обнаружении древней ДНК в конце восьмидесятых и начале девяностых, была «Группа изучения ДНК вымерших видов» Алана Уилсона при Калифорнийском университете в Беркли. Под его руководством были разработаны первые протоколы извлечения фрагментов ДНК из ископаемых остатков или мертвых организмов и, что важно, отделения подлинной древней ДНК от контаминантной.

Осознание того, насколько плодотворна тема исследований древней ДНК для научной фантастики, пришло очень быстро. Майкл Крайтон признает, что именно «Группа изучения ДНК вымерших видов», в числе прочего, вдохновила его на создание «Парка юрского периода». А вскоре после выхода книги в 1990 году научная фантастика стала научным фактом: несколько групп ученых (но не группа из Калифорнийского университета в Беркли) сообщили о том, что им удалось секвенировать ДНК пчел, мелипон, термитов и разноножек возрастом в десятки миллионов лет и даже жука-долгоносика возрастом в 120 миллионов лет. Вся эта ДНК была выделена из тел насекомых, застывших в янтаре.

Это выглядело слишком хорошо, чтобы быть правдой. В 2013 году группа ученых из Манчестерского университета в Англии поставила эксперимент с целью определить, возможно ли извлечь ДНК из останков пчел, обнаруженных в копале. Напомню, что копал – это предшественник янтаря, еще не до конца окаменевший. Следовательно, он намного моложе. Ученые из манчестерской группы выделяли ДНК из двух кусочков копала, содержащих пчел. Одному из кусочков было около 10 тысяч лет, а другому – меньше 60 лет. Для выделения ДНК использовались новейшие методы подготовки образцов и экстракции ДНК. Тем не менее в результате ученые не получили ничего – так же, как и мы из своего кусочка янтаря возрастом в 17 миллионов лет. Они не получили ничего даже из образца копала, которому было меньше 60 лет.

Этот манчестерский эксперимент стал вторым, в котором ученые попытались выделить древнюю ДНК из останков пчел, застывших в копале. В 1997 году группа исследователей из Музея естествознания в Лондоне попыталась повторить – и тем самым подтвердить – фантастические результаты, полученные в начале девяностых. Эти ученые собрали разнообразные кусочки янтаря и копала из музейной коллекции и попытались выделить и секвенировать ДНК древних насекомых. Им также не удалось обнаружить каких-либо признаков аутентичной древней ДНК.

Отсутствие результатов всегда сложно интерпретировать. Возможно, что если бы поступало все больше и больше данных, в конечном итоге мог бы появиться какой-нибудь результат. Однако совокупность имеющихся данных указывает на то, что древняя ДНК не сохраняется в янтаре. Нам мало известно о том, то происходит с насекомыми, застывающими в древесной смоле. Хотя они, вероятно, быстро теряют всю воду, что способствует сохранению ДНК, другие свойства янтаря ему препятствуют. К примеру, янтарь проницаем для газов и некоторых жидкостей, и это означает, что ДНК может быть не полностью изолирована от сил, разрушающих ее со временем. Кроме того, окаменевший янтарь в течение срока своего существования может попадать в условия очень высокой температуры или давления, а оба этих фактора ужасно влияют на сохранность ДНК.

Невозможность повторить те первые эксперименты доказывает, что ДНК не сохраняется в янтаре. Что же тогда удалось секвенировать ученым в начале девяностых?

ДНК из окаменелостей, в которых не сохранилась ДНК

Наиболее вероятным источником ДНК насекомых, обнаруженной в древних кусочках янтаря в начале девяностых, были насекомые – современные нам.

Хотя выше я не упомянула об этом, исследователям из лондонского Музея естествознания иногда удавалось выделить ДНК насекомых из своих коллекционных кусочков янтаря. Именно этот результат привел их к выводу, что янтарь не является источником древней ДНК. В своем эксперименте они отобрали как кусочки янтаря, содержащие насекомых, так и не содержащие ничего. Это была контрольная группа: если источником ДНК являются насекомые, содержащиеся в янтаре, значит, в пустых кусочках ее быть не должно. Результаты эксперимента не подтвердили эту гипотезу. Ученым с одинаковой вероятностью удавалось извлечь ДНК как из кусочков янтаря, содержащих насекомых, так и из кусочков, не содержащих ничего. Значит, источником ДНК было что-то другое, не те животные, останки которых сохранились в янтаре.