товы, что значит – на нас не осталось ни одного открытого нестерильного участка одежды или волос, – мы перешли из передней в основную часть лаборатории. Тара несла дымящийся контейнер с сухим льдом, Матиас – огромный молоток (стерильный, разумеется). А я держала в руках маленький пластиковый пакетик.
В пакетике лежал кусочек янтаря, возрастом в умопомрачительные 17 миллионов лет. Это сокровище попало к нам от моего коллеги, Блэра Хеджеса, который отдал за него в точности столько денег, сколько, по нашему мнению, он стоил. Этот кусочек янтаря имел вес около 8 граммов, размеры 5×3 сантиметра и толщину в центральной части около сантиметра-двух. Внутри него были заключены сотни крошечных пчел, увязших в липкой древесной смоле миллионы лет назад и, на наш взгляд, прекрасно сохранившихся.
Мы прошли в дальний угол лаборатории и установили там стерильную каменную плиту, над которой повесили яркую белую лампу и подвижное увеличительное стекло. Мы достали кусочек янтаря из пакета и протерли его раствором хлорной извести, чтобы разрушить ДНК всех, кто мог прикоснуться к нему за прошедшие годы. Затем мы дважды ополоснули его этиловым спиртом, чтобы смыть хлорку, и оставили просушиться в течение нескольких минут. Мы молча ждали, пока кусочек янтаря высохнет.
Когда появилась уверенность в том, что прошло достаточно времени, Матиас взял кусочек янтаря стерильным пинцетом и осторожно поместил в контейнер с сухим льдом. Затем мы снова немного подождали.
Хотя янтарь – это окаменевшая древесная смола, он все-таки довольно податливый, – всякий, кто хоть раз прикасался к украшениям из янтаря, поймет, что я имею в виду. Если ударить кусок янтаря острым предметом, на поверхности может остаться щербина, однако янтарь практически невозможно разбить или расколоть. Мы же хотели очень, очень сильно охладить этот кусочек, чтобы он стал твердым и неподатливым – и хрупким.
По истечении долгих десяти минут Матиас достал наш янтарь из сухого льда пинцетом и осторожно положил его на камень. Затем я подняла молоток и стала бить маленький блестящий кусочек геологической истории снова и снова, пока он не рассыпался на сто тысяч пятьсот миллиардов крошечных, сверкающих, липких кусочков. Затем мы начали отделять янтарь от пчел с помощью увеличительного стекла (ил. 4). Этот процесс подразумевал неоднократную повторную заморозку, повторное разбивание молотком и ювелирную работу пинцетом. Через несколько часов у нас было две пробирки: одна в основном содержала янтарь, а вторая – пчел. Мы взяли пробирку с пчелами и поместили ее в морозильную камеру. На сегодня работа была окончена.
Следующим утром Матиас занялся выделением древней ДНК из останков пчел, сохранившихся в янтаре. За годы работы наши коллеги разработали протоколы выделения ДНК, обеспечивающие высокую чувствительность процесса, специально для таких ситуаций, как эта. Если ДНК и сохранилась в останках этих пчел, от нее определенно осталось немного. Матиас выбрал протокол, который позволял выделять очень старую ДНК наиболее успешно. Мы применили лучшую технологию из имевшихся у нас.
Когда мы завершили работу по выделению ДНК, настало время отправить получившиеся результаты на секвенирование, а затем подождать. Результаты секвенирования прибыли спустя три недели. У нас ничего не вышло.
Я чувствовала разочарование. Было бы просто невероятно выделить ДНК насекомых, застывших в янтаре. Причем под «невероятно» я имею в виду неправдоподобно. Притянуто за уши. Невозможно в это поверить. Матиас, думаю, ощутил облегчение. Мы оба понимали, что если бы нам удалось выделить ДНК возрастом в миллионы лет, нам осталось бы только посвятить всю жизнь дальнейшим исследованиям в этой области. Вначале нам пришлось бы потратить значительное количество времени и сил на то, чтобы самим убедиться в этом, а затем – чтобы убедить наших коллег в том, что мы нигде не допустили ошибки.
Глядя на кусочек янтаря, содержащий сохранный живой организм, нелегко понять, почему сообщество исследователей древней ДНК должно так скептически отнестись к возможности выделения ДНК этого организма. В янтаре обнаруживали застывших там насекомых, лягушек и даже ящерицу возрастом в 23 миллиона лет, все они находились в прекрасном физическом состоянии. Почему же их ДНК не может сохраниться так же хорошо?
Горькая правда заключается в том, что ДНК просто не живет в течение миллионов лет. Если бы нам удалось извлечь настоящую древнюю цепочку нуклеотидов из янтаря, мы бы нарушили все известные нам законы сохранения и распада ДНК.
Как? Никакого Парка юрского периода?
За миллионы лет до своего превращения в янтарь древесная смола представляла собой субстанцию, называемую копалом. За тысячи лет до того, как стать копалом, это просто древесная смола – липкая аморфная органическая субстанция, выделяемая преимущественно хвойными деревьями – соснами, кипарисами, кедрами, секвойями и т. д. Смола служит нескольким целям. Она защищает дерево от повреждений и болезнетворных микроорганизмов. Она также помогает ему залечить серьезные раны, оставшиеся, к примеру, на месте обломанных ветвей. К тому же она имеет выраженный запах, привлекающий любопытных насекомых. Когда дерево выделяет смолу, насекомые и другие мелкие животные, а также фрагменты растений попадают в ее ловушку, а иногда оказываются целиком покрытыми липкой субстанцией. За миллионы лет из смолы испаряются летучие органические вещества, оставляя образующие янтарь нелетучие соединения и всё то, что оказалось заключенным в этом янтаре.
Секрет феноменальной сохранности животных в янтаре, вероятно, заключается в скорости, с которой их поглощает древесная смола. Если живое существо обволакивается ею со всех сторон и погибает практически мгновенно, у бактерий, живущих в его кишечнике и в окружающей среде, остается совсем мало времени на то, чтобы расселиться по его организму и начать процесс разложения. Ткани животного также быстро теряют влагу, из-за чего погибают ферменты, которые иначе разрушили бы ДНК.
Именно эта мысль – о том, что янтарь может быть уникальной средой, способствующей сохранению ДНК в течение сверхдолгого периода времени, – двигала учеными в начале девяностых, когда они попробовали провести такой эксперимент в первый раз. Однако, в отличие от нас, эти ученые заявили об успехе. На самом деле они просто кричали о нем в своих отчетах, опубликованных в наиболее уважаемых научных журналах.
В начале 90-х годов XX века исследование древней ДНК только начинало наращивать обороты как серьезный научный проект. Ученые выделили цепочки ДНК из останков 170-летней квагги (вымершего родственника зебры), человеческих мумий, чей возраст насчитывает несколько тысяч лет, а также мамонтов и неандертальцев возрастом более чем в 30 тысяч лет. Исследователи только начали осознавать, какие тайны может открыть нам эта древняя ДНК.
Первое применение ученые нашли ей в таксономии: с ее помощью можно определить, какие из живущих видов были ближайшими родственниками вымерших. К примеру, теперь мы знаем, что индийские слоны состоят в более близком родстве с мамонтами, чем африканские, и что ближайший живущий родственник дронта – гривистый голубь, красивая птица с цветастым оперением. Некоторые результаты анализа древней ДНК удивили нас. В Новой Зеландии было описано три разных вида моа (Dinornis) на основе различий в размерах их костей. Но благодаря древней ДНК, выделенной из этих костей, мы узнали, что на самом деле на каждом острове обитало только по одному виду больших моа. Размер не имел никакого отношения к таксономии: более крупные кости принадлежали самкам моа, а менее крупные – самцам.
По мере того как совершенствовались технологии извлечения древней ДНК, эта научная отрасль прогрессировала: от вопросов таксономии мы перешли к более детальным вопросам эволюционной истории популяций. Исследуя последовательности ДНК, мы можем увидеть скрытые паттерны локальных вымираний и распространения видов на большие расстояния – все это мы не могли установить, изучая ископаемые остатки. К примеру, лошади – тот самый вид, который в итоге одомашнили люди, – существовали как отдельный таксон в течение по меньшей мере одного миллиона лет. Лошади впервые появились в Северной Америке и распространились в Азию по Берингову перешейку, периодически соединявшему два континента во времена ледниковых эпох плейстоцена. В течение этого периода лошади несколько раз перемещались между Северной Америкой и Азией в обоих направлениях, каждый раз образовывая новые популяции и/или гибридизируясь с уже существующими. Можно даже рассматривать возвращение лошадей в Северную Америку европейскими колонистами как последнее событие в череде локальных вымираний, распространений и восстановлений их вида на этой территории. Дикие лошади Северной Америки, в сущности, представляют собой результат непреднамеренного эксперимента по восстановлению дикой природы, увенчавшегося полным успехом.
С помощью древней ДНК можно выявить гены, отвечающие за признаки, больше не встречающиеся у современных животных, к примеру гемоглобин мамонтов, благодаря которому эритроциты более эффективно разносят кислород по организму крупного животного в условиях сильных холодов. Благодаря древней ДНК мы также можем с точностью определить, какие генетические изменения определяют наши отличия от неандертальцев. В общем, древняя ДНК оказалась мощным инструментом для изучения эволюционных процессов, которые сформировали существующее разнообразие форм жизни.
Исследовательской группой, лидирующей в обнаружении древней ДНК в конце восьмидесятых и начале девяностых, была «Группа изучения ДНК вымерших видов» Алана Уилсона при Калифорнийском университете в Беркли. Под его руководством были разработаны первые протоколы извлечения фрагментов ДНК из ископаемых остатков или мертвых организмов и, что важно, отделения подлинной древней ДНК от контаминантной.
Осознание того, насколько плодотворна тема исследований древней ДНК для научной фантастики, пришло очень быстро. Майкл Крайтон признает, что именно «Группа изучения ДНК вымерших видов», в числе прочего, вдохновила его на создание «Парка юрского периода». А вскоре после выхода книги в 1990 году научная фантастика стала научным фактом: несколько групп ученых (но не группа из Калифорнийского университета в Беркли) сообщили о том, что им удалось секвенировать ДНК пчел, мелипон, термитов и разноножек возрастом в десятки миллионов лет и даже жука-долгоносика возрастом в 120 миллионов лет. Вся эта ДНК была выделена из тел насекомых, застывших в янтаре.