«Мы только начинаем понимать клеточную биохимию древних окаменелостей». Можно ли воскресить динозавров?

Однажды в Южной Америке шахтер находит кусок янтаря — внутри него он замечает что-то похожее на комара. Используя современное оборудование, ученые извлекают из кровососущего насекомого остатки его последней трапезы — кровь динозавра. Благодаря тому, что генетический код сохранился в янтаре идеально, динозавра удается клонировать. Научно-фантастический роман 1990 года, а затем и успешная кинофраншиза «Парк юрского периода» популяризировали идею, что янтарь может сохранять мягкие ткани и даже молекулы ДНК в течение миллионов лет. Но реальные попытки извлечь ДНК из янтаря или подобных веществ так и не увенчались успехом по сей день, а образцы, пропитанные смолой, были признаны непригодными для генетических экспертиз.

На самом деле смола ископаемых деревьев — не самое лучшее вещество для хранения ДНК, хрупкой молекулы, несущей генетические инструкции развития, функционирования, роста и размножения всех известных организмов.

Когда в смолу попадает маленькое животное, его мягкие ткани немедленно начинают разлагаться, поэтому большая часть ДНК теряется еще до того, как все существо будет «законсервировано» навечно.

Даже если какая-то часть ДНК сохранится, молекулы смолы вступят с ней в реакцию и постепенно разрушат ее.

В исследовании 2020 года, опубликованном в журнале PLOS ONE, ученые попытались определить, способна ли вообще ДНК насекомых сохраняться в смоле, и если способна, то насколько долго. Исследователи собрали маленьких амброзиевых жуков, угодивших в смолу янтарных деревьев (Hymenaea) — эндемиков для острова Мадагаскар. Химический состав этой древесной смолы очень похож на окаменелый янтарь. Образцы хранились от двух до шести лет, а затем тщательно исследовались.

Исследование показало, что, хотя ДНК очень хрупкая, она все же способна сохраниться в смоле. Сперва ученые пытались использовать этанол, чтобы растворить смолу, но это оказалось неэффективным. Спирт вступает в реакцию со смолой, разрушая ДНК. Это объясняет, почему предыдущие попытки извлечь ДНК таким образом были безуспешными.

Даже после усовершенствования технологии экстракции с помощью химических веществ возникли новые проблемы. Полимеразная цепная реакция (или ПЦР) используется для репликации небольших фрагментов ДНК, но исследователи обнаружили, что этот метод не подходит для ДНК, извлеченной из смолистых материалов. По мнению ученых, вещества, содержащиеся в смоле, ингибируют вещества, используемые для копирования отдельных цепочек ДНК. Только после тщательной очистки образцов и многократного повторения процесса ПЦР было воссоздано достаточное количество ДНК для изучения генома законсервированного организма.

До сих пор не ясно, насколько долго какой-либо генетический материал может сохраняться внутри смолы. Исследователи надеются применить новый метод и к другим образцам мягких тканей, пропитанных смолой, чтобы таким образом определить скорость распада ДНК. Вода, по-видимому, тоже играет важную роль в сохранении генетического материала, поскольку смола создает водонепроницаемый барьер, удерживая влагу в мягких тканях.

Удивительно, но недавние открытия доказали, что следы ДНК могут сохраняться даже в горных породах.

В 2021 году группу ученых из Института палеонтологии и палеоантропологии позвоночных (IVPP) Китайской академии наук и Музея природы Шаньдун Тянью (STM) удалось найти ДНК-подобные молекулы, сохранившиеся в клетках ископаемого динозавра возрастом 125 миллионов лет.

Динозавр, называемый Каудиптерикс, был маленьким всеядным животным размером с павлина с длинными перьями на хвосте. В раннем меловом периоде он бродил по берегам мелководных озер биоты Жехол в провинции Ляонин.

«Геологические данные, накопленные за эти годы, показали, что сохранность окаменелостей в биоте Жехол стала возможной исключительно благодаря мелкому и богатому кремнием вулканическому пеплу, который покрыл останки динозавров», — говорит ЛИ Чжихэн, доцент IVPP и соавтор исследования, опубликованного в журнале Communications Biology.

Ученые извлекли кусочек дистального суставного хряща из правой бедренной кости этого образца, декальцинировали его и применили различные микроскопические и химические методы для его анализа. Они установили, что все клетки животного после смерти превратились в минералы. Окремнение, по всей вероятности, и позволило биологическому материалу сохраниться.

Кроме того, команда выделила некоторые клетки и окрасила их химическим веществом, используемым в биологических лабораториях по всему миру. Гематоксилин, химикат фиолетового цвета, связывается с ядрами клеток.

После окрашивания им клеток динозавра в одной из них проступило фиолетовое ядро с несколькими более темными нитями. Это означает, что клетка динозавра возрастом 125 миллионов лет имеет ядро, сохранившееся настолько хорошо, что в нем видны биомолекулы и нити хроматина.

Хроматин в клетках всех живых организмов на Земле состоит из плотно упакованных молекул ДНК. Таким образом, результаты этого исследования дают надежду, что остатки первоначальной ДНК динозавров все еще могут сохраняться. Но чтобы точно определить это, требуются химические методы гораздо более совершенные, чем простое окрашивание биоматериала.

«Давайте будем честны, нам очень нужны окаменелые клеточные ядра, поскольку именно там должна находиться большая часть сохранившейся ДНК», — говорит Алида Байель, автор исследования. В 2020 году она опубликовала еще одно исследование, в котором рассказывается об исключительной сохранности ядер и биомолекул в хрящевых клетках динозавра из Монтаны. «Итак, у нас есть очень интересные данные, но мы только начинаем понимать клеточную биохимию древних окаменелостей. Сейчас нам нужно больше работать».

Однако, несмотря на оптимизм в отношении новых методов анализа древней ДНК, исследователи пока не намерены клонировать динозавров, как в голливудских фильмах.