«Слишком старый» – это сколько?
Мое излюбленное место для полевых работ – это Клондайк, золотоносный район, расположенный сразу за городом Доусон на территории Юкон, Канада. Оказывается, добыча золота – это буквально золотая жила для палеонтологии ледникового периода. Большинство золотодобытчиков на Клондайке используют процесс, называемый разработкой россыпей (ил. 6). Вода, образующаяся при весеннем таянии снегов, собирается в пруды-накопители. После того как все участки вечной мерзлоты, открытые солнцу, растают, воду закачивают насосом в место добычи золота и выливают под давлением на растаявшую грязь. При этом вода смывает всё, кроме сплошных кусков льда. Затем добыча ненадолго прекращается, пока солнце не растопит следующий слой замерзшей грязи. Затем растаявшая грязь вновь смывается водой. Этот процесс повторяется, пока вечная мерзлота не исчезнет, оставляя под собой только золотоносную россыпь.
К большому удивлению старателей, само золото нас не особенно волнует. Но зато нас очень интересуют тысячи костей, извлеченных из земли в процессе смывания слоя вечной мерзлоты (ил. 7–9). Около 80 % таких костей, найденных на Клондайке, принадлежат степным бизонам, около 10 % – лошадям, а остальные – в основном мамонтам, медведям, львам, американским северным оленям, волкам и овцебыкам. Крайне важно, что разработка россыпи проводится медленно и методично, а это означает, что многие из этих костей можно извлечь еще замороженными. Такие кости сохранились идеально.
Мы обнаружили по-настоящему старую лошадиную кость в золотом руднике поблизости от Тисл-Крик. Это место выделялось даже среди золотоносных россыпей Клондайка. Несколькими годами ранее группа геологов под руководством Дуэйна Фрёзе из Альбертского университета обнаружила, что вечная мерзлота в районе Тисл-Крик была очень старой. Мало того, это был самый древний участок вечной мерзлоты из когда-либо обнаруженных. Они узнали об этом, потому что обнаружили там вулканический слой, называемый тефрой «Голд Ран». Эта тефра осела на землю в центральной части Юкона около 700 тысяч лет назад. Итак, мы узнали, что лошадиные кости находились в слое вечной мерзлоты возрастом в 700 тысяч лет, и нам не терпелось выяснить, содержат ли они хоть немного лошадиной ДНК.
Дуэйн обнаружил семь костей, каждая из которых была крупнее, чем кости современных домашних лошадей, в слое вечной мерзлоты, прилежащем слою тефры «Голд Ран». Он проследил, чтобы во время транспортировки с места обнаружения в хранилище кости все время находились в замороженном состоянии. Мы взяли два образца костной ткани от двух из этих лошадиных костей и, к своему удивлению и восторгу, смогли выделить ДНК из обоих. Повторюсь: мы смогли выделить аутентичную ДНК древней лошади из двух костей возрастом в 700 тысяч лет.
Эти фрагменты представляют собой самые древние цепочки ДНК, когда-либо полученные из образцов, возраст которых установлен достаточно точно. Но экстраординарные заявления требуют таких же экстраординарных подтверждений. Настоящие ли результаты мы получили? Думаем, что да. Мы в высшей степени тщательно следили за тем, чтобы образцы хранились в замороженном состоянии и вдали от других образцов или других источников контаминантной ДНК. Фрагменты, которые мы выделили из этих костей, были короткими и очень сильно поврежденными, чего и следует ожидать при работе с древней ДНК. Данные анализа указывают на то, что эти лошади эволюционно были намного древнее тех, которые живут сейчас. К тому же результаты удалось повторить. Мы выделили ДНК этих лошадей в моих лабораториях в Оксфорде и в Университете штата Пенсильвания, а мой коллега Людовик Орландо и его группа в Копенгагенском университете смогли выделить ДНК одной из костей несколько раз. Результаты всех этих экспериментов согласовывались друг с другом как в том, что касалось собственно восстановления последовательностей ДНК, так и в отношении характера повреждений в этих цепочках. В совокупности эти наблюдения подтверждают аутентичность найденной сверхдревней лошадиной ДНК.
К тому моменту как мы закончили секвенирование ДНК из этой кости, у нас образовалось около 12 миллиардов фрагментов. Мы взяли все эти фрагменты и попытались соотнести их с геномом домашней лошади – его последовательность была собрана и опубликована несколькими годами ранее. Около 1 % из наших 12 миллиардов фрагментов соответствовали различным частям генома домашней лошади, указывая на то, что эта крошечная часть ДНК, выделенной из найденной кости, представляла собой ДНК лошади. Остальные 11,9 миллиарда фрагментов соответствовали ДНК растений, грибов, бактерий и других организмов окружающей среды. Процентное соотношение лошадиной ДНК и ДНК окружающей среды приводит в ужас, но все же нам удалось секвенировать геном древнего животного.
Почему ДНК сохранилась в этой кости в течение такого исключительно долгого времени? С уверенностью сказать нельзя. Кость была обнаружена в самом древнем известном нам участке вечной мерзлоты, и, вероятно, она ни разу не оттаяла за те 700 тысяч лет, что прошли с момента ее погребения. Пока мы не обнаружим более древний участок вечной мерзлоты или окаменелости, расположенные в более древних слоях льда, этот срок можно считать предельным временем жизни ДНК в костях.
Такая исключительная сохранность образцов характерна не только для Арктики. В пещерах ДНК также сохраняется в течение значительного времени. К примеру, большинство костей неандертальцев, ДНК которых мы секвенировали, были найдены в пещерах. Не так давно ДНК удалось выделить из костей пещерных медведей возрастом в 300 тысяч лет и гоминин возрастом в 400 тысяч лет, обнаруженных в пещерах на территории Испании. Известно, что стабильность окружающей среды способствует сохранности ДНК, а в пещерах зачастую сохраняется одна и та же температура и влажность, что, возможно, объясняет эти примеры сохранения ДНК в течение исключительно долгого времени.
Но, похоже, что стабильность условий окружающей среды не является абсолютным требованием. Не так давно мы собрали по кусочкам полный, состоящий из 16 000 пар оснований, митохондриальный геном бизона возрастом в 100 тысяч лет, кость которого была найдена на месте древнего озера в Колорадо. Кость принадлежала вымершему виду бизонов, Bison latifrons, размах рогов которого достигал впечатляющих 2,5 метров – в 5 раз больше, чем у современного американского бизона. Кость бизона и ДНК внутри нее каким-то образом сохранились, несмотря на тысячи сезонных переходов от холодной зимы к жаркому лету. ДНК, обнаруженная в этой кости, находилась в ужасном состоянии, но, как ни удивительно, все еще была пригодна для исследования. Захотели бы мы использовать именно эту кость бизона в качестве источника генетического материала, с которого началось бы воскрешение Bison latifrons? Нет, только в случае, если бы у нас совсем не было выбора. Менее 0,1 % ДНК в этой кости принадлежало бизону, средняя длина фрагмента составляла около 30 пар оснований, и цепочки ДНК были сильно повреждены. Но если бы мы располагали только этой костью и действительно хотели вернуть гигантского бизона к жизни, мы смогли бы использовать ее для секвенирования бизоньего генома. Мы смогли бы получать только крошечную часть ДНК бизона за раз, и это стоило бы нам очень дорого. Но, в конечном итоге, нам, вероятно, удалось бы получить почти точную последовательность ДНК.
