吸血昆蟲被困在琥珀中數百萬年,從它們充滿血液的腹部中提取出來,並對血液進行古代 DNA 分析。
乍一看,復活的科學解釋在侏羅紀公園聽起來不太牽強。這被認為是一種真正的可能性在寫這本書的時候。
只有一個問題——無論是否被困在琥珀中,DNA 都不願意留下來。 即使在最好的條件下,科學家估計可讀的 DNA 在150萬年, 最高額。
這導致恐龍滅絕的撞擊發生在 6500 萬年前,因此中間有數千萬年的時間,這意味著 DNA 會大量退化。
任何你想問的科學家都會告訴你侏羅紀公園是您很快就能看到克隆恐龍的唯一地方。 但這並不是說古生物學家對於世界上最古老的可破解遺傳物質的構成完全一致。
「說你可以克隆一個- 它是侏羅紀公園這不是科學,」中國科學院古生物學家 Alida Bailleul 告訴 ScienceAlert。
“我們這樣做並不是為了克隆恐龍……我們只是想了解我們是否可以獲得一些遺傳物質。”
在發現了她認為可能是在恐龍標本中發現的最古老的、部分完整的 DNA 後,Bailleul 已成為古生物學領域討論的面孔之一。亞冠龍。
骨骼安裝高棘亞龍。 (Etemenanki3/維基媒體/CC BY-SA 4.0)
在過去的幾十年裡,無數的發現推遲了最古老的可讀遺傳物質的日期。
2013年,一塊70萬年前的馬化石被凍結在永凍土層中成為有史以來最古老的DNA定序。 在此之前,最古老的基因組定序來自於一個人的遺骸。8萬年前的丹尼索瓦人。
然後,今年早些時候,科學家宣布他們對一顆 120 萬年前猛獁象牙齒的 DNA 進行了測序,這也是目前最古老的恢復和測序 DNA 的記錄。
由於DNA的脆弱性,一些科學家認為這可能是我們所能得到的最古老的DNA,至少就可破解的遺傳物質而言,它還沒有退化到毫無價值的程度。
DNA的半衰期為521年,這意味著521年後,其分子主鏈中的一半鍵斷裂。 1042年後,剩下的一半也將消失。
研究人員表示,在絕對原始的條件下,最後一個鍵會在 680 萬年後斷裂,但大約 100 萬年後你可能很難閱讀任何內容。
古代DNA專家說:“我認為沒有比這更可信的事情了”莎莉·瓦瑟夫澳洲格里菲斯大學的教授告訴 ScienceAlert。
“這不僅僅是它不可信。而是它能為你提供多少信息。它可能只保留了一小部分,但這足以為你提供有用的信息嗎?”
每個人類的基因組都由 32 億個「鹼基對」組成,它們是編碼我們的遺傳指令的 DNA(脫氧核糖核酸)的組成部分。 地球上的每一種生物都使用這些 DNA 鹼基對來儲存它們的遺傳訊息,大多數哺乳動物都有相似數量的鹼基對來編碼我們的每根頭髮、鰭狀肢或角。
要找出兩個人之間的大多數身體差異,您可以分析這些鹼基對的微小變化,稱為單核苷酸多態性(SNP)。 在某些疾病中,只有一個SNP會改變,而眼睛的顏色可能涉及少數, 還有一些總體特徵可以進行數百個這樣的微小改變。
換句話說,如果你向 23andMe 這樣的基因檢測公司提供你的 DNA 樣本,他們會查看 640,000 個 SNP– 聽起來很多,但他們實際上只分析了整個基因組的 0.02% 左右。
由於基因組如此複雜,如果數十億個鹼基對被降解,那麼它很快就會變得複雜,只留下提供物理遺傳資訊的部分謎題。
高棘亞龍恢復。 (ABelov2014/CC BY 3.0)
Wasef 將我們的 DNA 比喻為電腦硬碟。 「如果硬碟位於安全的地方,不會受到很多損壞因素的影響,那麼它就會得到很好的保存,」她解釋道。
「但是,一旦這個硬碟受到攻擊,你開始吞噬你的數據。
即使是保存完好的 70 萬年前的馬 DNA 也已被嚴重損壞,必須經過艱苦的努力哥本哈根大學研究人員縫合在一起,同時去除任何已混合並提取的細菌 DNA。
最終,儘管付出了努力,由人類生物學家 Ludovic Orlando 領導的團隊僅成功回收了 73 種蛋白質,與構成整個馬基因組的 20,000 種左右的蛋白質相去甚遠。
當然,如果您想分析各個時期馬物種的基因組變化,識別出 73 種蛋白質是一項偉大的成就。 但要嘗試克隆之類的事情,你需要知道基因組中的每一個鹼基對——所以我們不會很快看到任何古代馬種馳騁。
那麼,克隆恐龍確實是不可能的,而且考慮到 DNA 的壽命有限,無論如何,似乎都不可能找到任何有用的恐龍 DNA。
然而,Bailleul 和她的團隊最近發現了一些讓古代 DNA 研究界既興奮又懷疑的東西——恐龍化石中的 DNA 跡象,距其使用日期已過數百萬年。
在分析一隻名叫「小恐龍」的恐龍時亞冠龍從白堊紀晚期開始,他們發現了保存得非常完好的軟骨。 在進行的測試中,他們在軟骨內部發現了細胞樣結構,其中包含類似 DNA 的物質。
「我們分離出了恐龍的一些細胞,並用 DNA 染色劑對它們進行了染色,」Bailleul 說。
“在恐龍細胞內部,看起來仍然有一些物質與 DNA 染色劑發生反應。”
(Bailleul 等人,《國家科學評論》,2020 年)
上圖:亞龍恐龍的染色體樣結構。
只有一個問題:所討論的恐龍已有 74 至 8000 萬年的歷史——年齡太老了,不可能還擁有完整的 DNA。
正因為如此,調查結果引起了一些古生物學界的爭議許多研究人員認為,該樣本太古老,不可能是真正的恐龍 DNA,結果可能反映了樣本中某種形式的現代基因污染。
不幸的是,沒有辦法檢查結果。 當研究極少量的潛在 DNA 時,科學家使用的方法具有破壞性——這意味著樣本在分析時會被破壞。
換句話說,在開始之前你必須知道你的目標是什麼。
Wasef 解釋說:“這必須是一個非常好的目標,否則你只是在浪費樣本來證明 DNA 可以生存。”
儘管其他研究人員對此表示懷疑,Bailleul 仍然認為她的團隊發現的是真正的恐龍 DNA,而不是樣本受到污染。
“每個人都說,’好吧,100 萬年後不再有 DNA,它退化得太厲害,改造得太厲害,你什麼也得不到。’” 然而,我們這裡有這個樣本,」她說。
“說這是污染是沒有科學意義的……[受污染的 DNA] 不僅存在於細胞內部。它還存在於周圍。”
但 DNA 並不是尋找古代生物遺傳訊息的唯一方法。
2019年,分析馬 DNA 的同一團隊宣布他們從 177 萬年前犀牛的琺瑯質中提取了遺傳訊息。
團隊沒有觀察 DNA 本身,而是分析了蛋白質,確定了氨基酸,並根據這些資訊逆向工程出了一個小的 DNA 序列。
Wasef 說:“人們正在將這種古老的蛋白質視為一種新工具,以到達古代 DNA 停止的地方。”
不幸的是,古老的蛋白質與降解的 DNA 也有類似的問題。 您可以透過從蛋白質重建 DNA 來了解一些訊息,但這只是基因組的一小部分(且不精確)樣本。
例如,基因組中的每個鹼基對(或字母)與鄰近的鹼基對一起形成越來越大的結構。 三個鹼基對組編碼特定的胺基酸,然後編碼特定的蛋白質。 但這段程式碼存在冗餘和重複,因此逆向工作很複雜。
「DNA 字母的組合可以產生不同的氨基酸,而這些不同的氨基酸可以產生相同的蛋白質,」瓦瑟夫解釋道。
“所以,你無法真正將相同的蛋白質翻譯回 DNA。”
DNA 轉錄、翻譯和蛋白質折疊。 (生物角/CC BY-NC-SA 4.0)
儘管存在這些問題,許多科學家認為古代蛋白質確實是研究古代遺傳學的下一個前沿領域。 你仍然可以從這些化石蛋白質中檢索到重要訊息,而且有些資訊總比沒有好。
2016年,科學家在鴕鳥蛋中發現了 380 萬年前的蛋白質。 雖然在這種情況下蛋白質沒有被測序,但它仍然表明蛋白質的保質期比 DNA 長得多。
目前,我們可用於分析蛋白質的技術預計會將最古老的基因定序的年齡向後推幾百萬年,儘管這是否會追溯到恐龍統治時期還有待觀察。
儘管如此,瓦塞夫和巴勒爾都認為支持古代遺傳學研究的技術正在迅速進步。 今天我們做不到,不代表明天我們也做不到。
「當人們問我,『是否不可能從恐龍身上獲取古代 DNA ?』時,我說是的,」瓦瑟夫解釋道。
“但當我 2009 年開始研究古代 DNA 時,我們現在所做的事情被認為是不可能的。”