«What we’re trying to do is take our chicken, modify it, and make, a “chickenosaurus”» Джек Хорнер

Динозавр чи куркозавр?

Вдома можна тримати песика, тарантула чи пітона. Хтось мешкає з левом. А Джек Хорнер бажає завести собі домашнього динозавра. Про це він у 2011 році повідомив світу в TED-talk. І навіть сказав, що це можливо зробити у наступні 10 років. Свого часу провокаційні позиції Джека надихнули Стівена Спілберга на “Парк Юрського Періоду”. Фільм вже є. Та чи можливо створити динозавра? Тим паче, що до 2021 залишилось всього 2 роки.

ДНК динозаврів

Останні 20 років рясніли від наукових статей, що починались так: «Описуємо першу знахідку динозаврячої ДНК у кістках виду Х з локації У». Репортували навіть знахідки фрагментів клітин. Та історія тут коротка: ці знахідки ДНК були контамінацією від мікробів або дослідників. Справа в тому, що ДНК розпадається швидко і ймовірність її збереження у кістках, яким за десятки мільйонів років, мікроскопічна. Ще одна проблема в тому, що викопні кістки – ідеальне місце проживання різноманітних мікробів, що створюють своє унікальне угрупування. Бактеріальний склад кісток сильно відрізняється від складу навколишньої породи. Кістки збагачені на залізо та фосфор (а грунт — ні) і добре накопичують вологу завдяки пористості, що й створює майже недосліджену бактеріальну екосистему. Незважаючи на проблеми з контамінацією, крапля надії на успіх все ж є: ще-не-спростовані фрагменти білків були знайдені у кістках качкодзьобого динозавра Brachylophosaurus canadensis палеонтологом Мері Швейцер у 2009 та 2017 роках. Усього її група знайшла 14 фрагментів розміром у 15-30 амінокислот, послідовність яких займає проміжне положення між колагеном птахів та крокодилів. У декількох інших дослідженнях Швейцер також заявляла про знахідки фрагментів інших білків — актину, гістонів та гемоглобіну. Цього недостатньо, щоби скрафтити динозавра de novo, однак ці дані (звісно, якщо їх аутентичність не буде спростована) – основа для вивчення викопних решток динозаврів, молекулярної палеонтології та палеогенетики.

Концепція куркозаврів

Позиція Джека Хорнера щодо воскресіння динозаврів базується не на молекулярній палеонтології, а на біології індивідуального розвитку. Він вважає, що зворотня еволюція від “сучасного динозавра”, курки, до чогось подібного на велоцираптора — реалістична. В теорії все прекрасно — беремо курку, додаємо їй гени “зубів, хвоста і кігтів” і отримуємо вологу мрію Стівена Спілберга. З практичної точки зору все не так безхмарно. Принаймні, станом на зараз. Розглянемо основні модифікації, що планує робити Джек Хорнер: зуби, довгий хвіст та кігті на крилах (молекулярка попереду).

Курячі зуби

Справжні зуби зникли у птахів приблизно 70-80 мільйонів років тому, аналогічне відбувалося і з іншими таксонами рептилій. Причому, у сучасних птахів на ембріональній стадії розвитку ще присутнє невелике потовщення в епідермісі ротової порожнини, яке гомологічне дентальній ламіні у ссавців. Але під час розвитку ця структура редукується і інвагінації, пов’язані з формуванням зубів, не утворюються. Проводили експерименти з пересадкою мандибулярного епітелію миші куркам. Це показало, що мандибулярна мезенхіма птаха ще здатна відповідати на сигнали від епітелію і формувати гомологи зубів. Ці «зуби» не мають емалі, адже гени, відповідні за її синтез, зникли у птахів давно. Проте, цей нюанс може вирішитися трансформацією за допомогою системи CRISPR. Мутація в гені talpid2 призводить до змін в експресії гену sonic hedgehog, який у хребетних відповідає, крім усього іншого, також і за утворення зубів. У курчат без мутації експресія sonic hedgehog відбувається в аналогах бокових частин ясен, а у мутованих — у центрі ясен (як і у нас з вами). Зуби цих мутантів за будовою схожі на зуби алігаторів. Також, можна підвищити експресію β-катеніну у місці з’єднання оральної і аборальної частини ротової порожнини, де знаходиться основний сигнальний центр для формування зубів, що призведе до активації транскрипції sonic hedgehog і ряду інших білків (bone morphogenetic protein 4, pitx2). Це буде сприяти розвитку відповідних ектодермальних виростів і видаленню частини дзьобу – рамфотеки. Проблема в тому, що такі мутанти не доживають до вилуплення з яйця.

Довгий хвіст

Вкорочення хвоста та зростання хвостових хребців у пігостиль в еволюції птахів відбулося доволі раптово (хоча, пігостиль був і у деяких динозаврів — овірапторозаврів та Epidexipteryx). Теоретично можна подовжити хвіст, змінивши розвиток та формування в ембріогенезі сомітів — ембріональних сегментів. Кожна пара сомітів формується на фронті детермінації — місці зіткнення двох концентраційних градієнтів: градієнту ретиноєвої кислоти, що секретується попередньо сформованим сомітом і градієнту білків Wnt/Fgf, які секретуються задньою частиною зародку. Термінація розвитку хвоста відбувається при значному збільшенні концентрації ретиноєвої кислоти порівняно з концентрацією білків — що її більше, то коротший хвіст. Тобто, якщо ретиноєвої кислоти забагато — фронт детермінації переміщується до самого кінця хвоста і потім зникає. Концентрація ретиноєвої кислоти регулюється геном Hoxb13; у мишей з нокаутованим Hoxb13 виростав значно довший хвіст, ніж у диких особин. На птахах проводилися подібні експерименти, однак, за невідомими причинами, вони не призвели до збільшення кількості сомітів. Також, Hoxb13 — мультифункціональний ген, що виконує функцію проліферації нейронів нервової трубки, формування органів та кінцівок. Тому його виключення призведе до непередбачених негативних наслідків. І знову наш куркозавр не вилупляється з яйця.

Кігті на крилах

На жаль, серед сучасних птахів ще не були знайдені чи виведені організми, що були б відповідні динозаврам за видом передніх кінцівок. Теоретично, отримати кігтисті крила з довгими пальцями можна шляхом стимуляції експресії білку Bambi, що регулює розвиток кінцевої фаланги пальців. У сучасних птахів на передній кінцівці його експресія пригнічена. На даний момент ще практично не перевірявся варіант з оверекспресією цього білку у птахів. Таким чином, ми зможемо отримати кігтисте крило, однак, воно все одно не зможе функціонувати як хапальна кінцівка (хоча, не у всіх динозаврів передні кінцівки мали хапальну функцію).

Отже, як би мені та Джеку Хорнеру цього не хотілося, за наступні два роки ми не зможемо воскресити живого динозавра. Залишається лише сподіватися, що талановиті дослідники придумають спосіб як або відтворити ДНК реального динозавра або розберуться із усіма проблемами підходу зворотньої еволюції та зроблять куркозавра.

Джерела

  1. Rashid DJ, Chapman SC, Larsson HC, Organ CL, Bebin AG, Merzdorf CS, Bradley R, Horner JR. From dinosaurs to birds: a tail of evolution. Evodevo. 2014 Jul 29;5:25..
  2. Zhang F, Zhou Z, Xu X, Wang X, Sullivan C. A bizarre Jurassic maniraptoran from China with elongate ribbon-like feathers. Nature. 2008 Oct 23;455(7216):1105-8.
  3. Hen’s teeth with enamel cap: from dream to impossibility Jean-Yves Sire, Sidney C Delgado and Marc Girondot BMC Evolutionary Biology 2008, 8:246 Evolution. 2015 Jul;69(7):1665-77
  4. A molecular mechanism for the origin of a key evolutionary innovation, the bird beak and palate, revealed by an integrative approach to major transitions in vertebrate history.
  5. Bhullar BA, Morris ZS, Sefton EM, Tok A, Tokita M, Namkoong B, Camacho J, Burnham DA, Abzhanov A arris MP, Hasso SM, Ferguson MW, Fallon JF. The development of archosaurian first-generation teeth in a chicken mutant. Curr Biol. 2006 Feb 21;16(4):371-7.
  6. Evan T Saitta, Renxing Liang, Maggie CY Lau, Caleb M Brown, Nicholas R Longrich, Thomas G Kaye, Ben J Novak, Steven L Salzberg, Mark A Norell, Geoffrey D Abbott, Marc R Dickinson, Jakob Vinther, Ian D Bull, Richard A Brooker, Peter Martin, Paul Donohoe, Timothy DJ Knowles, Kirsty EH Penkman, Tullis Onstott. Cretaceous dinosaur bone contains recent organic material and provides an environment conducive to microbial communities. eLife, 2019; 8 DOI: 10.7554/eLife.46205
  7. Schroeter, E. R., DeHart, C. J., Cleland, T. P., Zheng, W., Thomas, P. M., Kelleher, N. L., … & Schweitzer, M. H. (2017). Expansion for the Brachylophosaurus canadensis collagen I sequence and additional evidence of the preservation of Cretaceous protein. Journal of proteome research, 16(2), 920-932.