Helt sedan University of North Carolina paleontolog Mary Schweitzer upptäckte sin mjuka vävnad i dinosauriefossiler har frågan ställts till modern vetenskap om forntida varelser: Kan vi någonsin hitta äkta dinosaurie-DNA? Och i så fall kommer vi inte att kunna återskapa dessa fantastiska djur med dess hjälp?
Det är inte lätt att ge definitiva svar på dessa frågor, men Dr. Schweitzer samtyckte ändå till att hjälpa oss förstå vad vi vet idag om dinosauriernas genetiska material och vad vi kan räkna med i framtiden.
Kan vi få DNA från fossiler?
Denna fråga bör förstås som "kan vi få dinosaurie-DNA"? Ben består av mineralen hydroxyapatit, som har så hög affinitet för DNA och många proteiner att den aktivt används i laboratorier idag för att rena sina molekyler. Dinosauriernas ben har legat i marken i 65 miljoner år, och sannolikheten är ganska hög att om du börjar aktivt leta efter DNA-molekyler i dem, är det fullt möjligt att hitta dem. Bara för att vissa biomolekyler kan hålla sig till detta mineral som kardborrband. Problemet kommer dock inte att vara så mycket helt enkelt att hitta DNA i dinosaurieben som att bevisa att dessa molekyler tillhör dinosaurier och inte kommer från någon annan möjlig källa.
Kommer vi någonsin kunna återhämta äkta DNA från ett dinosaurieben? Det vetenskapliga svaret är ja. Allt är möjligt tills annat har bevisats. Kan vi nu bevisa att det är omöjligt att extrahera dinosaurie-DNA? Nej det kan de inte. Har vi redan en äkta dinosaurie-molekyl? Nej, den här frågan är fortfarande öppen.
Hur länge kan DNA bevaras i den geologiska journalen och hur kan man bevisa att det tillhör en dinosaurie och inte kom in i ett prov redan i laboratoriet tillsammans med en del föroreningar?
Många forskare tror att DNA har en ganska kort hållbarhet. Enligt deras åsikt kommer dessa molekyler troligtvis inte att vara längre än en miljon år, och säkert inte mer än fem till sex miljoner år i bästa fall. Denna position berövar oss allt hopp om att se DNA från varelser som levde för över 65 miljoner år sedan. Men var kom dessa nummer ifrån?
Kampanjvideo:
Forskare som arbetar med detta problem satte DNA-molekyler i varm syra och tidsbestämde den tid det tog för dem att förfalla. Hög temperatur och surhet har använts som ersättare under långa tidsperioder. Enligt forskarnas fynd sönder DNA ganska snabbt. Resultaten från en av dessa studier, som jämförde antalet DNA-molekyler framgångsrikt extraherade från prover av olika åldrar - från flera hundra till 8000 år - visade att antalet extraherade molekyler minskar med åldern. Forskare har till och med kunnat simulera "sönderfallsfrekvensen" och förutspådde, även om de inte bekräftade detta påstående, att det är extremt osannolikt att hitta DNA i krita ben. Ironiskt nog visade samma studie att enbart ålder inte kan förklara nedbrytning eller bevarande av DNA.
Å andra sidan har vi fyra oberoende bevis på att molekyler som är kemiskt liknande DNA kan lokalisera i cellerna i våra egna ben, och detta är i god överensstämmelse med vad som kan förväntas i dinosaurieben. Så om vi extraherar DNA från ben som tillhör dinosaurier, hur kan vi vara säkra på att detta inte är resultatet av senare kontaminering?
Tanken på att DNA kan hålla så länge har verkligen en ganska smal chans att lyckas, så alla anspråk på att hitta eller återfå riktigt dinosaurie-DNA måste uppfylla de strängaste kriterierna. Vi erbjuder följande:
1. DNA-sekvensen som isolerats från benet bör matcha vad som kan förväntas baserat på andra data. Idag finns det över 300 tecken som kopplar dinosaurier till fåglar, och övertygande bevisar att fåglar utvecklats från theropod dinosaurier. Därför borde DNA-sekvenserna för dinosaurier erhållna från deras ben vara mer lik det genetiska materialet från fåglar än DNA från krokodiler, medan de skiljer sig från båda. De kommer också att skilja sig från alla DNA som kommer från moderna källor.
2. Om dinosaurie-DNA är verkligt kommer det uppenbarligen att vara mycket fragmenterat och svårt att analysera med våra nuvarande metoder, utformade för att sekvensera friskt och lyckligt modernt DNA. Om Tirex DNA visar sig vara sammansatt av långa strängar som är relativt enkla att dechiffrera, är det mest troligt att vi har att göra med kontaminering och inte äkta dinosaurie-DNA.
3. DNA-molekylen anses vara mer bräcklig jämfört med andra kemiska föreningar. Om autentiskt DNA finns i materialet måste det därför finnas andra, mer hållbara molekyler, till exempel kollagen. Samtidigt bör sambandet med fåglar och krokodiler också spåras i molekylerna i dessa mer stabila föreningar. I fossilmaterialet finns till exempel lipider som utgör cellmembran. Lipider är mer stabila än proteiner eller DNA-molekyler i genomsnitt.
4. Om proteiner och DNA har framgångsrikt bevarats från mesozoiska tider, bör deras samband med dinosaurier bekräftas inte bara genom sekvensering, utan också med andra vetenskapliga metoder. Exempelvis kommer bindande proteiner till specifika antikroppar att bevisa att det verkligen är mjukvävnadsproteiner och inte kontaminering från yttre bergarter. I våra studier kunde vi framgångsrikt lokalisera en kemiskt DNA-liknande substans i T. Rex-benceller med både DNA-specifika tekniker och antikroppar mot proteiner associerade med ryggrads-DNA.
5. Slutligen, och kanske viktigast av allt, bör korrekt övervakning tillämpas i alla stadier av all forskning. Tillsammans med proverna från vilka vi hoppas kunna extrahera DNA är det nödvändigt att undersöka värdbergarna samt alla kemiska föreningar som används i laboratoriet. Om de också innehåller sekvenser av intresse för oss, är de troligtvis bara föroreningar.
Så kommer vi någonsin kunna klona en dinosaurie?
På sätt och vis. Kloning, som vanligtvis görs i laboratoriet, är införandet av en känd bit DNA i bakterieplasmider. Detta fragment replikeras när en cell delar sig, vilket resulterar i många kopior av identiskt DNA. En annan metod för kloning innefattar att placera en hel uppsättning DNA i livskraftiga celler, från vilka deras eget kärnämne har avlägsnats i förväg. Sedan placeras en sådan cell i värdens organismer, och givar-DNA börjar kontrollera bildandet och utvecklingen av avkommor, helt identiska med givaren. Det berömda fåret Dolly är ett exempel på användningen av just denna metod för kloning. När människor talar om "kloning av en dinosaurie" menar de vanligtvis något liknande. Denna process är emellertid oerhört komplex, och trots att det antas att det är ovetenskapligt,sannolikheten för att vi en dag kommer att kunna övervinna alla inkonsekvenser mellan DNA-fragment från dinosaurieben och producera livskraftiga avkommor är så små att jag klassar det som "inte möjligt."
Men bara för att sannolikheten för att skapa en riktig Jurassic Park är liten, kan det inte sägas att det är omöjligt att återställa det ursprungliga dinosaurie-DNA självt eller andra molekyler från forntida rester. I själva verket skulle dessa gamla molekyler kunna berätta mycket för oss. När allt kommer omkring måste alla evolutionära förändringar först ske i gener och återspeglas i DNA-molekyler. Vi kan också lära dig mycket om livslängden hos molekyler in vivo direkt, snarare än genom laboratorieexperiment. Slutligen ger återvinnande molekyler från fossila prover, inklusive dinosaurier, oss viktig information om ursprung och distribution av olika evolutionära innovationer, till exempel fjädrar.
Vi har fortfarande mycket att lära oss i molekylanalys av fossiler, och vi måste fortsätta med största omsorg och aldrig överskatta de data vi får. Men vi kan extrahera så många intressanta saker från molekylerna som bevaras i fossilerna att det verkligen förtjänar våra ansträngningar.