Современное понимание долговечности ДНК, по словам Тома Гилберта, директора Датского национального исследовательского фонда «Центр эволюционной хологеномики», находится где-то посередине: «меньше, чем думали в начале 90-х, но больше, чем думали в начале 2000-х». Это отражает путь, который прошла наука от смелых фантазий до строгих расчетов и рекордных открытий.
Поле исследований древней ДНК фактически зародилось в 1984 году, когда ученым впервые удалось извлечь два фрагмента генетического материала из музейного образца квагги — зеброподобного вида, вымершего в XIX веке. За последующие 40 лет технологический прогресс позволил секвенировать все более древнюю ДНК животных и растений, постоянно расширяя границы возможного.
В начале 1990-х годов научное сообщество находилось под сильным влиянием романа Майкла Крайтона «Парк Юрского периода», опубликованного издательством Knopf в 1990 году. Идея извлечения ДНК динозавров из насекомых, застывших в янтаре, вдохновила ученых на поиски генетического материала в окаменелостях мелового периода (145-66 миллионов лет назад). Однако найденные образцы ДНК оказались принадлежащими современным бактериям, а не древним рептилиям.
Ключевой сдвиг в понимании произошел в 2012 году благодаря исследованию, соавтором которого выступил Том Гилберт. Ученые смоделировали «период полураспада» ДНК, проанализировав митохондриальную ДНК из 158 костей вымерших новозеландских птиц моа. Они установили, что период полураспада составляет примерно 521 год. Это означает, что при идеальных условиях хранения вся ДНК в образце разрушится примерно через 6,8 миллиона лет, что окончательно исключает возможность найти генетический материал динозавров.
Несмотря на теоретические ограничения, практические достижения поражают. На сегодняшний день самой древней ДНК, полученной из целой экосистемы, является образец возрастом 2,4 миллиона лет, извлеченный из отложений в Гренландии. Рекорд же по самому древнему секвенированному геному принадлежит мамонту, чьи останки возрастом 1,2 миллиона лет были найдены в Сибири.
Сохранность ДНК напрямую зависит от окружающих условий. Дженнифер Рафф, антрополог-биолог из Канзасского университета, отмечает, что идеальная среда — холодная, темная, сухая и недавняя. Вечная мерзлота считается наилучшим природным хранилищем. Напротив, в жарких и влажных регионах, таких как Африка, древняя ДНК сохраняется крайне плохо.
Изучение генетической истории человека также демонстрирует эти закономерности. Первая ДНК неандертальца была извлечена в 1997 году из образца возрастом 40 000 лет, принадлежавшего особи, найденной в 1856 году в пещере Кляйне-Фельдхофер в Германии.
Самая древняя ДНК родственника человека, секвенированная в 2022 году, имеет возраст 400 000 лет. Ее извлекли из бедренной кости, найденной в пещере Сима-де-лос-Уэсос («Яма с костями») в горах Атапуэрка в Испании. Анализ показал, что эта группа могла быть предком как неандертальцев, так и денисовцев. Для сравнения, старейшая ДНК из Африки к югу от Сахары, колыбели человечества, принадлежит современному Homo sapiens и насчитывает всего 20 000 лет.
Для изучения более глубокого прошлого ученые обращаются к палеопротеомике — анализу древних белков, который может дать генетическую информацию о родственниках человека, живших 3,5 миллиона лет назад. Шансы получить ДНК от австралопитеков, таких как Люси (жившая 3,2 миллиона лет назад на территории современной Эфиопии), оцениваются как «почти нулевые» из-за неподходящих условий сохранения в Африке.
Однако Дженнифер Рафф «гораздо более оптимистично» смотрит на возможность найти ДНК Homo erectus. Этот вид обитал в регионах с лучшим потенциалом для сохранения генетического материала, например, на территории современных Республики Грузия и Китая.
Даже при обнаружении древних фрагментов возникает проблема «осмысленной ДНК». Том Гилберт сравнивает ее с попыткой идентифицировать книгу: по главам это легко, по отдельным словам — сложно, а по буквам — невозможно. Выжившие фрагменты ДНК должны быть достаточно длинными, чтобы их можно было однозначно идентифицировать.
Наука не стоит на месте. Существует вероятность, что еще более древняя ДНК будет найдена подо льдами Антарктиды. Том Гилберт напоминает, что еще в 2003 году консенсус экспертов определял максимальный срок выживания ДНК в 100 000 лет. Сегодняшний рекорд превышает эту цифру в 20 раз.
Изображение носит иллюстративный характер
Поле исследований древней ДНК фактически зародилось в 1984 году, когда ученым впервые удалось извлечь два фрагмента генетического материала из музейного образца квагги — зеброподобного вида, вымершего в XIX веке. За последующие 40 лет технологический прогресс позволил секвенировать все более древнюю ДНК животных и растений, постоянно расширяя границы возможного.
В начале 1990-х годов научное сообщество находилось под сильным влиянием романа Майкла Крайтона «Парк Юрского периода», опубликованного издательством Knopf в 1990 году. Идея извлечения ДНК динозавров из насекомых, застывших в янтаре, вдохновила ученых на поиски генетического материала в окаменелостях мелового периода (145-66 миллионов лет назад). Однако найденные образцы ДНК оказались принадлежащими современным бактериям, а не древним рептилиям.
Ключевой сдвиг в понимании произошел в 2012 году благодаря исследованию, соавтором которого выступил Том Гилберт. Ученые смоделировали «период полураспада» ДНК, проанализировав митохондриальную ДНК из 158 костей вымерших новозеландских птиц моа. Они установили, что период полураспада составляет примерно 521 год. Это означает, что при идеальных условиях хранения вся ДНК в образце разрушится примерно через 6,8 миллиона лет, что окончательно исключает возможность найти генетический материал динозавров.
Несмотря на теоретические ограничения, практические достижения поражают. На сегодняшний день самой древней ДНК, полученной из целой экосистемы, является образец возрастом 2,4 миллиона лет, извлеченный из отложений в Гренландии. Рекорд же по самому древнему секвенированному геному принадлежит мамонту, чьи останки возрастом 1,2 миллиона лет были найдены в Сибири.
Сохранность ДНК напрямую зависит от окружающих условий. Дженнифер Рафф, антрополог-биолог из Канзасского университета, отмечает, что идеальная среда — холодная, темная, сухая и недавняя. Вечная мерзлота считается наилучшим природным хранилищем. Напротив, в жарких и влажных регионах, таких как Африка, древняя ДНК сохраняется крайне плохо.
Изучение генетической истории человека также демонстрирует эти закономерности. Первая ДНК неандертальца была извлечена в 1997 году из образца возрастом 40 000 лет, принадлежавшего особи, найденной в 1856 году в пещере Кляйне-Фельдхофер в Германии.
Самая древняя ДНК родственника человека, секвенированная в 2022 году, имеет возраст 400 000 лет. Ее извлекли из бедренной кости, найденной в пещере Сима-де-лос-Уэсос («Яма с костями») в горах Атапуэрка в Испании. Анализ показал, что эта группа могла быть предком как неандертальцев, так и денисовцев. Для сравнения, старейшая ДНК из Африки к югу от Сахары, колыбели человечества, принадлежит современному Homo sapiens и насчитывает всего 20 000 лет.
Для изучения более глубокого прошлого ученые обращаются к палеопротеомике — анализу древних белков, который может дать генетическую информацию о родственниках человека, живших 3,5 миллиона лет назад. Шансы получить ДНК от австралопитеков, таких как Люси (жившая 3,2 миллиона лет назад на территории современной Эфиопии), оцениваются как «почти нулевые» из-за неподходящих условий сохранения в Африке.
Однако Дженнифер Рафф «гораздо более оптимистично» смотрит на возможность найти ДНК Homo erectus. Этот вид обитал в регионах с лучшим потенциалом для сохранения генетического материала, например, на территории современных Республики Грузия и Китая.
Даже при обнаружении древних фрагментов возникает проблема «осмысленной ДНК». Том Гилберт сравнивает ее с попыткой идентифицировать книгу: по главам это легко, по отдельным словам — сложно, а по буквам — невозможно. Выжившие фрагменты ДНК должны быть достаточно длинными, чтобы их можно было однозначно идентифицировать.
Наука не стоит на месте. Существует вероятность, что еще более древняя ДНК будет найдена подо льдами Антарктиды. Том Гилберт напоминает, что еще в 2003 году консенсус экспертов определял максимальный срок выживания ДНК в 100 000 лет. Сегодняшний рекорд превышает эту цифру в 20 раз.
