Odkąd Mary Schweitzer, paleontolog z University of North Carolina, odkryła ich tkanki miękkie w skamielinach dinozaurów, współczesna nauka o starożytnych stworzeniach zastanawiała się, czy kiedykolwiek uda nam się znaleźć prawdziwe DNA dinozaurów? A jeśli tak, to czy nie będziemy w stanie odtworzyć tych niesamowitych zwierząt z jego pomocą?
Nie jest łatwo udzielić jednoznacznych odpowiedzi na te pytania, ale mimo to dr Schweitzer zgodził się pomóc nam zrozumieć, co wiemy dzisiaj o materiale genetycznym dinozaurów i na co możemy liczyć w przyszłości.
Czy możemy uzyskać DNA ze skamieniałości?
To pytanie należy rozumieć jako „czy możemy uzyskać DNA dinozaurów”? Kości składają się z mineralnego hydroksyapatytu, który ma tak duże powinowactwo do DNA i wielu białek, że jest obecnie aktywnie wykorzystywany w laboratoriach do oczyszczania ich cząsteczek. Kości dinozaurów leżą w ziemi od 65 milionów lat, a prawdopodobieństwo jest dość duże, że jeśli zaczniesz aktywnie szukać w nich cząsteczek DNA, to całkiem możliwe, że je znajdziesz. Po prostu dlatego, że niektóre biomolekuły mogą przyczepiać się do tego minerału, jak rzep. Problemem będzie jednak nie tyle samo znalezienie DNA w kościach dinozaurów, ile udowodnienie, że te cząsteczki należą do dinozaurów i nie pochodzą z innego możliwego źródła.
Czy kiedykolwiek będziemy w stanie odzyskać prawdziwe DNA z kości dinozaura? Naukowa odpowiedź brzmi: tak. Wszystko jest możliwe, dopóki nie zostanie udowodnione inaczej. Czy jesteśmy teraz w stanie udowodnić niemożność wydobycia DNA dinozaurów? Nie nie mogą. Czy mamy już prawdziwą cząsteczkę genu dinozaura? Nie, to pytanie jest nadal otwarte.
Jak długo DNA może być przechowywane w zapisie geologicznym i jak można udowodnić, że należy do dinozaura i nie dostało się do próbki już w laboratorium wraz z jakimś zanieczyszczeniem?
Wielu naukowców uważa, że DNA ma dość krótki okres trwałości. W ich opinii jest mało prawdopodobne, aby te cząsteczki przetrwały dłużej niż milion lat, a na pewno nie dłużej niż pięć do sześciu milionów lat w najlepszym przypadku. Ta pozycja pozbawia nas nadziei na zobaczenie DNA stworzeń, które żyły ponad 65 milionów lat temu. Ale skąd się wzięły te liczby?
Film promocyjny:
Naukowcy pracujący nad tym problemem umieścili cząsteczki DNA w gorącym kwasie i określili czas potrzebny do ich rozpadu. Wysoka temperatura i kwasowość były używane jako substytuty przez długi czas. Według ustaleń naukowców DNA rozpada się dość szybko. Wyniki jednego z tych badań, w którym porównano liczbę cząsteczek DNA z powodzeniem wyekstrahowanych z próbek w różnym wieku - od kilkuset do 8000 lat - wykazały, że liczba wyekstrahowanych cząsteczek maleje wraz z wiekiem. Naukowcom udało się nawet modelować „tempo rozpadu” i przewidzieć, chociaż nie zweryfikowali tego twierdzenia, że jest bardzo mało prawdopodobne, aby wykryć DNA w kościach z kredy. Jak na ironię, to samo badanie wykazało, że sam wiek nie może wyjaśnić rozpadu ani zachowania DNA.
Z drugiej strony, mamy cztery niezależne linie dowodów na to, że cząsteczki chemicznie podobne do DNA mogą lokalizować się w komórkach naszych własnych kości i jest to zgodne z oczekiwaniami takich znalezisk w kościach dinozaurów. Jeśli więc ekstrahujemy DNA z kości dinozaurów, jak możemy być pewni, że nie jest to wynikiem późniejszego zakażenia?
Pomysł, że DNA może trwać tak długo, rzeczywiście ma raczej nikłe szanse powodzenia, więc wszelkie roszczenia dotyczące znalezienia lub odzyskania prawdziwego DNA dinozaurów muszą spełniać najbardziej rygorystyczne kryteria. Oferujemy:
1. Sekwencja DNA wyizolowana z kości powinna odpowiadać temu, czego można by oczekiwać na podstawie innych danych. Obecnie istnieje ponad 300 znaków, które łączą dinozaury z ptakami i przekonująco dowodzą, że ptaki wyewoluowały z dinozaurów teropodów. Dlatego sekwencje DNA dinozaurów uzyskane z ich kości powinny być bardziej podobne do materiału genetycznego ptaków niż do DNA krokodyli, a jednocześnie różnić się od obu. Będą również różnić się od każdego DNA pochodzącego z nowoczesnych źródeł.
2. Jeśli DNA dinozaura jest prawdziwe, z pewnością będzie bardzo pofragmentowane i trudne do analizy naszymi obecnymi metodami, zaprojektowanymi do sekwencjonowania zdrowego i szczęśliwego współczesnego DNA. Jeśli okaże się, że DNA firmy Tirex składa się z długich sznurków, które są stosunkowo łatwe do rozszyfrowania, to najprawdopodobniej mamy do czynienia z zanieczyszczeniem, a nie z prawdziwym DNA dinozaura.
3. Cząsteczka DNA jest uważana za bardziej delikatną w porównaniu z innymi związkami chemicznymi. Dlatego jeśli w materiale obecny jest autentyczny DNA, to muszą być inne, trwalsze cząsteczki, na przykład kolagen. Jednocześnie w cząsteczkach tych bardziej stabilnych związków należy również prześledzić połączenie z ptakami i krokodylami. Ponadto w materiale kopalnym można znaleźć na przykład lipidy tworzące błony komórkowe. Lipidy są średnio stabilniejsze niż białka lub cząsteczki DNA.
4. Jeżeli białka i DNA udało się zachować od czasów mezozoicznych, to ich związek z dinozaurami należy potwierdzić nie tylko sekwencjonowaniem, ale także innymi metodami badań naukowych. Na przykład wiązanie białek z określonymi przeciwciałami udowodni, że są to rzeczywiście białka tkanek miękkich, a nie zanieczyszczenie skałami zewnętrznymi. W naszych badaniach byliśmy w stanie z powodzeniem zlokalizować chemicznie podobną do DNA substancję wewnątrz komórek kości T. Rex przy użyciu zarówno technik specyficznych dla DNA, jak i przeciwciał przeciwko białkom związanym z DNA kręgowców.
5. Wreszcie, co być może najważniejsze, właściwy nadzór powinien być stosowany na wszystkich etapach wszelkich badań. Wraz z próbkami, z których mamy nadzieję wydobyć DNA, konieczne jest zbadanie skał żywicielskich, a także wszystkich związków chemicznych używanych w laboratorium. Jeśli zawierają również interesujące nas sekwencje, to najprawdopodobniej są to po prostu zanieczyszczenia.
Czy kiedykolwiek będziemy w stanie sklonować dinozaura?
W sensie. Klonowanie, jak jest to zwykle wykonywane w laboratorium, polega na wstawieniu znanego fragmentu DNA do plazmidów bakteryjnych. Ten fragment replikuje się za każdym razem, gdy komórka się dzieli, dając wiele kopii identycznego DNA. Inna metoda klonowania polega na umieszczeniu całego zestawu DNA w żywotnych komórkach, z których wcześniej usunięto ich własny materiał jądrowy. Następnie taką komórkę umieszcza się w organizmie żywiciela, a DNA dawcy zaczyna kontrolować powstawanie i rozwój potomstwa, całkowicie identycznego z dawcą. Przykładem zastosowania tej właśnie metody klonowania jest słynna owca Dolly. Kiedy ludzie mówią o „klonowaniu dinozaura”, zwykle mają na myśli coś takiego. Jednak proces ten jest niezwykle złożony i pomimo nienaukowego charakteru tego założenia,prawdopodobieństwo, że pewnego dnia uda nam się przezwyciężyć wszystkie niespójności między fragmentami DNA z kości dinozaurów i wydać zdolne do życia potomstwo, jest tak małe, że klasyfikuję je jako „niemożliwe”.
Ale tylko dlatego, że prawdopodobieństwo powstania prawdziwego Parku Jurajskiego jest znikome, nie można powiedzieć, że niemożliwe jest odtworzenie samego oryginalnego DNA dinozaura lub innych cząsteczek ze starożytnych szczątków. W rzeczywistości te starożytne cząsteczki mogą nam wiele powiedzieć. W końcu wszystkie zmiany ewolucyjne muszą najpierw zajść w genach i znaleźć odzwierciedlenie w cząsteczkach DNA. O długowieczności cząsteczek możemy się również dowiedzieć bezpośrednio in vivo, a nie poprzez eksperymenty laboratoryjne. Wreszcie, odzyskanie cząsteczek z okazów kopalnych, w tym dinozaurów, dostarcza nam ważnych informacji o pochodzeniu i rozmieszczeniu różnych innowacji ewolucyjnych, takich jak pióra.
Nadal musimy się wiele nauczyć w analizie molekularnej skamieniałości i musimy postępować z najwyższą ostrożnością, nigdy nie przeceniając otrzymywanych danych. Ale z cząsteczek zachowanych w skamielinach możemy wydobyć tak wiele interesujących rzeczy, że z pewnością zasługuje to na nasze wysiłki.