Das Problem mit Dinosaurierknochen

Blutsaugende Insekten, die Millionen von Jahren in Bernstein gefangen waren, wurden wegen ihrer blutgefüllten Bäuche extrahiert und das Blut auf alte DNA analysiert.

Auf den ersten Blick ist die wissenschaftliche Erklärung für die Wiederbelebung von Dinosaurier In Jurassic Park klingt nicht allzu weit hergeholt. Es wurde als echte Möglichkeit angesehen zu der Zeit, als das Buch geschrieben wurde.

Es gibt nur ein Problem: In Bernstein gefangen oder nicht, DNA bleibt nicht gerne dort. Wissenschaftler gehen davon aus, dass selbst unter den besten Bedingungen lesbare DNA vollständig abgebaut wird 1,5 Millionen Jahre , Spitzen.

Der Asteroid Der Einschlag, der die Dinosaurier auslöschte, ereignete sich vor 65 Millionen Jahren. Dazwischen liegen also mehrere zehn Millionen Jahre, was einen starken DNA-Abbau bedeutet.

Jeder Wissenschaftler, den Sie fragen möchten, wird Ihnen das sagen Jurassic Park ist der einzige Ort, an dem Sie bald geklonte Dinosaurier sehen werden. Das heißt aber nicht, dass sich die Paläontologen völlig darüber einig sind, was das älteste entschlüsselbare genetische Material der Welt ist.

„Ich sage, du kannst einen klonen Dinosaurier - es ist Jurassic Park „Das ist keine Wissenschaft“, sagte die Paläobiologin Alida Bailleul von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften gegenüber Energyeffic.

„Wir machen das nicht, um einen Dinosaurier zu klonen … wir versuchen nur zu verstehen, ob wir Zugang zu einem Teil des genetischen Materials bekommen.“

Bailleul ist zu einem der Gesichter der Diskussion in diesem Bereich der Paläontologie geworden, nachdem sie entdeckt hat, was ihrer Meinung nach die älteste teilweise intakte DNA sein könnte, die jemals in einem Exemplar des Dinosauriers gefunden wurde Hypacrosaurus .

Skeletthalterung von Hypacrosaurus altispinus . (Etemenanki3/Wikimedia/CC BY-SA 4.0)

In den letzten Jahrzehnten haben unzählige Entdeckungen das Datum des ältesten lesbaren genetischen Materials verschoben.

Im Jahr 2013 wurde ein 700.000 Jahre altes Pferdefossil im Permafrost eingefroren wurde die älteste jemals sequenzierte DNA . Zuvor stammte das älteste sequenzierte Genom aus den Überresten eines 80.000 Jahre alter Denisova-Mensch .

Dann, früher in diesem Jahr gaben Wissenschaftler bekannt, dass sie die DNA eines 1,2 Millionen Jahre alten Mammutzahns sequenziert haben – der derzeit den Rekord für die älteste geborgene und sequenzierte DNA hält.

Aufgrund der Fragilität der DNA glauben einige Wissenschaftler, dass dies das älteste sein könnte, das wir bekommen werden, zumindest im Hinblick auf entschlüsselbares genetisches Material, das nicht so stark abgebaut ist, dass es wertlos ist.

DNA hat eine Halbwertszeit von 521 Jahren, Das bedeutet, dass nach 521 Jahren die Hälfte der Bindungen in seinem molekularen Rückgrat aufbricht. Nach 1.042 Jahren wäre auch die Hälfte dieses Rests verschwunden.

Unter absolut makellosen Bedingungen würde die letzte Bindung nach 6,8 Millionen Jahren brechen, aber nach etwa einer Million Jahren dürfte es große Probleme geben, überhaupt noch etwas zu lesen, sagen Forscher.

„Ich glaube nicht, dass man mehr als dem vertrauen kann“, sagt ein Experte für antike DNA Sally Wasef von der Griffith University in Australien sagte gegenüber Energyeffic.

„Und es ist nicht nur so, dass man ihm nicht trauen kann. Es geht darum, wie viele Informationen es Ihnen liefern würde. Es ist vielleicht ein kleines Stück erhalten, aber würde es ausreichen, um Ihnen gute Informationen zu liefern?'

Das Genom jedes Menschen besteht aus 3,2 Milliarden „Basenpaaren“, den Bausteinen der DNA (Desoxyribonukleinsäure), die unsere genetischen Anweisungen kodieren. Jedes Lebewesen auf dem Planeten verwendet diese DNA-Basenpaare, um seine genetischen Informationen zu speichern, und die meisten Säugetiere verfügen über eine ähnliche Anzahl von Basenpaaren, um jedes Haar, jede Flosse oder jedes Horn zu kodieren.

Um die meisten physikalischen Unterschiede zwischen zwei Menschen herauszufinden, können Sie winzige Veränderungen an diesen sogenannten Basenpaaren analysieren Einzelnukleotidpolymorphismen (SNPs). Bei manchen Krankheiten wird dabei nur ein SNP verändert Die Augenfarbe kann eine Handvoll sein , und einige Populationsweite Merkmale kann Hunderte dieser winzigen Änderungen vertragen.

Anders ausgedrückt: Wenn Sie einem Gentestunternehmen wie 23andMe eine Probe Ihrer DNA zur Verfügung stellen würden, würden sie es tun Schauen Sie sich 640.000 Ihrer SNPs an – was sich nach viel anhört, aber tatsächlich analysieren sie nur etwa 0,02 Prozent des gesamten Genoms.

Bei so viel Komplexität in einem Genom wird es schnell kompliziert, wenn Milliarden dieser Basenpaare abgebaut werden und nur Teile des Puzzles übrig bleiben, die physische genetische Informationen liefern.

Hypacrosaurus altispinus Wiederherstellung. (ABelov2014/CC BY 3.0)

Wasef nutzt die Analogie, dass unsere DNA wie eine Computerfestplatte sei. „Wenn sich die Festplatte an einem sicheren Ort befindet, an dem sie nicht vielen Faktoren ausgesetzt ist, die sie beschädigen, bleibt sie gut erhalten“, erklärt sie.

„Aber sobald diese Festplatte angegriffen wird Viren , Sie fangen an, Ihre Daten zu verschlingen.'

Sogar die sehr gut erhaltene 700.000 Jahre alte Pferde-DNA war so beschädigt, dass eine mühsame Entfernung erforderlich war von Forschern der Universität Kopenhagen wieder zusammengenäht Dabei wird gleichzeitig eventuell eingemischte und auch extrahierte Bakterien-DNA entfernt.

Am Ende gelang es dem Team unter der Leitung des Anthropobiologen Ludovic Orlando trotz aller Bemühungen nur, 73 Proteine ​​wiederzugewinnen, weit entfernt von den etwa 20.000, aus denen das gesamte Pferdegenom besteht.

Natürlich ist die Identifizierung von 73 Proteinen eine große Leistung, wenn man genomische Veränderungen bei Pferdearten im Laufe der Zeit analysieren möchte. Aber um so etwas wie das Klonen zu versuchen, müsste man jedes einzelne Basenpaar im Genom kennen – damit wir in absehbarer Zeit keine alten Pferdearten herumgaloppieren sehen werden.

Das Klonen eines Dinosauriers ist also völlig vom Tisch, und angesichts der begrenzten Lebensdauer der DNA ist es unwahrscheinlich, dass es ohnehin noch nützliche Dinosaurier-DNA zu finden gibt.

Allerdings haben Bailleul und ihr Team kürzlich etwas entdeckt, das in der Gemeinschaft der antiken DNA-Forscher sowohl Aufregung als auch Skepsis ausgelöst hat – Spuren von DNA in einem Dinosaurierfossil, dessen Verfallsdatum Millionen Jahre überschritten ist.

Während der Analyse rief ein Baby-Dinosaurier an Hypacrosaurus Aus der späten Kreidezeit fanden sie unglaublich gut erhaltenen Knorpel. Im Inneren des Knorpels entdeckten sie bei den durchgeführten Tests zellähnliche Strukturen, die DNA-ähnliches Material enthielten.

„Wir haben einige Zellen des Dinosauriers isoliert und sie mit DNA-Färbungen angefärbt“, sagt Bailleul.

„Im Inneren der Dinosaurierzellen sieht es so aus, als gäbe es noch Material, das mit dem DNA-Fleck reagiert.“

(Bailleul et al., National Science Review, 2020)

Oben: Chromosomenähnliche Strukturen des Dinosauriers Hypacrosaurus.

Es gibt nur ein Problem: Der betreffende Dinosaurier ist zwischen 74 und 80 Millionen Jahre alt – viel zu alt, um noch über eine intakte DNA zu verfügen.

Aus diesem Grund verursachten die Ergebnisse einige Kontroverse in der Welt der Paläontologie , wobei viele Forscher glauben, dass die Probe einfach zu alt ist, um echte Dinosaurier-DNA zu sein, wobei die Ergebnisse wahrscheinlich stattdessen eine Form moderner genetischer Kontamination in den Proben widerspiegeln.

Leider gibt es keine Möglichkeit, das Ergebnis zu überprüfen. Bei der Arbeit mit einer sehr kleinen Menge potenzieller DNA wenden Wissenschaftler destruktive Methoden an – das heißt, die Proben werden während der Analyse zerstört.

Mit anderen Worten: Sie müssen wissen, was Sie erreichen möchten, bevor Sie beginnen.

„Es muss ein sehr gutes Ziel sein, sonst verschwendet man nur die Probe, um zu beweisen, dass DNA lebensfähig ist“, erklärt Wasef.

Trotz der Zweifel anderer Forscher glaubt Bailleul immer noch, dass es sich um echte Dinosaurier-DNA handelt, die ihr Team gefunden hat – und nicht um eine Kontamination der Proben.

„Jeder sagt: ‚Okay, nach einer Million Jahren gibt es keine DNA mehr, sie wird zu stark abgebaut, zu verändert, man kann nichts mehr bekommen.‘ Und dann haben wir hier dieses Beispiel“, sagt sie.

„Es macht wissenschaftlich keinen Sinn zu sagen, dass es sich um eine Kontamination handelt … [Die kontaminierte DNA] würde sich nicht nur in der Zelle befinden.“ Es wäre auch rundherum.'

Aber DNA ist nicht die einzige Möglichkeit, genetische Informationen über antike Lebewesen zu finden.

Im Jahr 2019 Dasselbe Team, das die Pferde-DNA analysiert hat, gab bekannt Sie hatten genetische Informationen aus dem Zahnschmelz einer 1,77 Millionen Jahre alten Nashornart extrahiert.

Anstatt sich die DNA selbst anzusehen, analysierte das Team die Proteine, bestimmte die Aminosäuren und rekonstruierte aus diesen Informationen eine kleine DNA-Sequenz.

„Die Leute betrachten das alte Protein als ein neues Werkzeug, um dorthin zu gelangen, wo die alte DNA aufhört“, sagt Wasef.

Leider weisen alte Proteine ​​ähnliche Probleme auf wie degradierte DNA. Aus der Rekonstruktion von DNA aus Protein lassen sich einige Informationen gewinnen, aber es handelt sich nur um eine kleine (und nicht exakte) Probe des Genoms.

Beispielsweise arbeitet jedes Basenpaar (oder jeder Buchstabe) in einem Genom mit den benachbarten Basenpaaren zusammen, um immer größere Strukturen zu bilden. Gruppen von drei Basenpaaren kodieren spezifisch Aminosäuren , die dann für bestimmte Proteine ​​kodieren. Allerdings gibt es in diesem Code Redundanzen und Duplikate, sodass das Rückwärtsarbeiten komplex ist.

„Die Kombination von DNA-Buchstaben kann unterschiedliche Aminosäuren ergeben, und diese unterschiedlichen Aminosäuren können das gleiche Protein bilden“, erklärt Wasef.

„Man kann also nicht wirklich dasselbe Protein in DNA zurückübersetzen.“

DNA-Transkription, Übersetzung und Proteinfaltung. (Biology Corner/CC BY-NC-SA 4.0)

Trotz dieser Probleme glauben viele Wissenschaftler, dass antike Proteine ​​wirklich die nächste Grenze bei der Erforschung der antiken Genetik darstellen. Sie können aus diesen versteinerten Proteinen immer noch wichtige Informationen abrufen, und einige Informationen sind besser als nichts.

Im Jahr 2016 Wissenschaftler fanden 3,8 Millionen Jahre alte Proteine ​​in Straußeneiern. Obwohl das Protein in diesem Fall nicht sequenziert wurde, zeigt es dennoch, dass Protein eine viel längere Haltbarkeit als DNA hat.

Derzeit wird erwartet, dass die Techniken, die uns zur Analyse von Proteinen zur Verfügung stehen, das Alter der ältesten genetischen Sequenzierung um einige Millionen weitere Jahre nach hinten verschieben werden. Es bleibt jedoch abzuwarten, ob dies bis zur Herrschaft der Dinosaurier zurückreichen wird.

Dennoch glauben sowohl Wasef als auch Bailleul, dass die Technologien, die die Forschung im Bereich der antiken Genetik ermöglichen, rasch besser werden. Nur weil wir es heute nicht schaffen, heißt das nicht, dass wir es morgen nicht schaffen werden.

„Wenn Leute mich fragen: ‚Ist es unmöglich, alte DNA von Dinosauriern zu bekommen?‘, sage ich ja“, erklärt Wasef.

„Aber als ich 2009 mit der Arbeit an alter DNA begann, galt das, was wir jetzt machen, als unmöglich.“