Курсовая работа: Молекулярная палеонтология и эволюционные представления о возрасте ископаемых останков

Алекс Лунный

Введение

В настоящее время сфера молекулярно-биологических исследований расширяется на те области, о которых раньше и подумать было нельзя, что они могут быть предметом молекулярной биологии. В частности, за последние 15–20 лет накоплены данные в такой новой дисциплине, как молекулярная палеонтология. Оказывается, в останках динозавров, мастодонтов и моллюсков, для которых общепринятый возраст составляет вплоть до сотен миллионов лет, можно обнаружить не распавшиеся фрагменты белков и ДНК. Эти сведения подвергают сильному сомнению общепринятую датировку ископаемых останков, а, значит, и эволюционные догмы. В то же время, несмотря на ощутимый массив накопленных данных, они не приобрели широкую известность.

Целью настоящего обзора является критический анализ таких данных. Хотелось бы надеяться, что высказанные соображения и углубленный разбор конкретной информации, сделанный в профессиональном аспекте, послужат прояснению, во-первых, вопроса о так называемой "научности" эволюционных представлений и, во-вторых, о субъективизме и некорректности, к которым с неизбежностью приходит исследователь, когда он начинает "подгонять" свои объективные научные данных под эволюционные построения.

1. Молекулярная палеонтология — "молодая" научная дисциплина

Как и молекулярная биология, молекулярная палеонтология, но применительно к ископаемым остаткам, в первую очередь пытается исследовать основную молекулу, в которой закодирована информация об организме, т.е. ДНК. Однако некоторые важные особенности того или иного вида можно выявить путем изучения и других биологических макромолекул — белков, липидов, углеводов [1]. Вследствие крайне низкой сохранности ДНК в ископаемых образцах (см. ниже) необходимо сделать вывод, что на настоящий момент наилучшие данные получены при исследовании не ДНК, а белков. И так же останется в будущее время, какого бы прогресса ни достигли методы биологических исследований.

Результаты экспериментов молекулярных палеонтологов порождают дискуссии и множество противоречивых суждений. Это обусловлено следующими причинами:

• Отсутствием эмпирических данных о принципиальной возможности сохранения биологических макромолекул в течение длительных, геологических периодов времени. Условия и длительность воздействий (и даже их вероятный перечень) нельзя промоделировать в лаборатории.

• Как правило, малым количеством исходного биологического материала, что обычно не позволяет провести достаточно исчерпывающее исследование повторно.

• Уникальностью каждого образца, поскольку невероятно обнаружение даже двух ископаемых остатков, для которых все условиях их сохранения были бы одинаковыми. Это приводит к тому, что нет возможности корректно воспроизвести полученные теми или иными авторами аналитические опыты.

• Большой степенью загрязненности ископаемых образцов посторонними высокомолекулярными примесями (белками и нуклеиновыми кислотами от сопутствующих бактерий, грибков и др.), что затрудняет идентификацию истинно эндогенного (т.е. присущего самому образцу) материала. Например, обнаружение в древних образцах только аминокислот не предполагает с необходимостью, что их источник — оригинальные древние белки.

В связи с этим, значимость данных, полученных в рамках молекулярной палеонтологии, корректность ее подходов и методов часто подвергаются сомнениям, что отмечают ведущие специалисты в этой области [1].

Началом молекулярной палеонтологии может, по-видимому, считаться 1956 г., когда из окаменелостей были впервые выделены белки [2], а в 1974 г. путем реакции осаждения с антисывороткой показана сохранность антигенных компонентов белков возрастом "70 млн. лет" [3].

В этих старых работах вряд ли выяснено, были ли те биомолекулы действительно эндогенными для древних образцов, или же они представляли собой результаты более "молодых" посторонних загрязнений бактериями и/или грибками (артефакты): использованные методологические подходы, скорее всего, не позволили получить однозначные ответы.

Правда, данные столь же старого исследования 1976 г. [4] кажутся более адекватными: из останков моллюска ("80 млн. лет") были выделены фрагменты гликопротеинов, у которых идентифицированный участок аминокислотной последовательности оказался аналогичен показателю белка такого же, но современного моллюска [4].

Пионерами работ в области молекулярной палеонтологии должны считаться, по-видимому, польские авторы из Краковского университета под руководством доктора Р. Павлички (R. Pawlicki). Начав еще в 1960-х гг. изучать кости динозавра, возраст которого был оценен в 80 млн. лет, они в течение более 30-ти лет публиковали результаты своих исследований, причем в весьма солидных научных журналах. В образцах костей динозавра были обнаружены под электронным микроскопом сосудистые каналы, выявлены волокна коллагена и детектированы подобные остеоцитам (клеткам костей) образования. С помощью иммуногистохимических и др. методов продемонстрировано наличие в сосудистых стенках окаменевшей кости углеводов, липидов и ДНК [5, 6] (полную библиографию работ польских авторов см. в статье креациониста Марка Армитэйджа [7]). Обнаружены даже эритроциты динозавра, содержащие железо [5]. Вопрос о них, оказавшийся одним из камней преткновения в дискуссии между эволюционистами и креационистами, мы рассмотрим ниже.

Однако. Несмотря на то, что совокупность данных, полученных польскими авторами, оставляет впечатление высокой достоверности, все-таки каждый исследованный показатель по-отдельности является только косвенным. Таковы использованные методы. Хотя углеводы, липиды и ДНК находятся в районе сосудистой стенки, нет однозначных доказательств их эндогенного (присущего самому образцу) происхождения. Вполне вероятно, что там биомолекулы микробов или грибков. Про видимые под микроскопом структуры, очень похожие на остеоциты и эритроциты, могут сказать, что это артефакты, обусловленные внешними воздействиями на кость в течение длительного времени. Даже то, что в районе эритроцитов обнаружено намного бóльшее содержание железа [5], не является окончательным доказательством: всегда можно предположить, что некие железосодержащие бактерии почему-то облюбовали именно эти места в какой-то момент из многих миллионов лет.

Повторим: кажется очень маловероятным, что перечисленные показатели наличия не распавшихся фрагментов макромолекул в кости динозавра в Кракове в совокупности своей обусловлены артефактами (тем более в свете полученных другими исследователями данных). Но "кажется" — это не доказательство.

С 1998 г. прекратились публикации польских авторов на указанную тему. Ведущие молекулярные палеонтологи ныне их не цитируют, что кажется не только странным, но и просто некорректным. Так, в обширном и информативном обзоре по молекулярной палеонтологии за 2003 г. доктора Мэри Швейцер (M.H. Schweitzer) из США (известной своим гемоглобином тиранозавра; ниже) нет ни одной ссылки на многочисленные статьи польских исследователей, хотя часто и разбираются гораздо менее существенные данные других авторов [1]. Нет указанных ссылок и в "программной" экспериментальной статье М. Швейцер с соавторами по биомолекулам тиранозавра за 1997 г. [8]. Можно предположить, что все дело в тех эритроцитах ископаемых ящеров, которые (эритроциты), причем вместе с самими тиранозаврами, стали "костью в горле", если не чем похуже, для доктора М. Швейцер (это будет видно ниже). Не хочет она, видимо, в 2003 г. [1] даже вспоминать о тиранозаврах с их эритроцитами и, посему, позволяет себе научную недобросовестность.

С развитием иммунохимических методов исследования в конце 1970-х — начале 1980-х гг. стало возможным получение более однозначных результатов. При использовании антител (антисывороток животных, иммунизированных исследуемыми белками), узнающих только белки позвоночных и даже только конкретные типы этих белков (например, альбумин, гемоглобин, коллаген и др.), отпал вопрос о том, что идентифицированные в ископаемых остатках макромолекулы являются результатом посторонних загрязнений бактериями или грибками. У последних не имеется белков, аналогичных по структуре альбумину, коллагену и т.п., а с биомолекулами самих микроорганизмов и грибков специфические к белкам позвоночных антитела не реагируют.

В результате, начиная с конца 1980-х гг. (особенно же — в 1990-х гг.) молекулярная палеонтология получила относительно большое развитие. Справедливости ради надо отметить, что достижения в иммунохимических методах определения биомолекул позволяли получать адекватные результаты уже с середины 1970-х гг., но по каким-то причинам (по-видимому, субъективного и финансового характера) молекулярные палеонтологи начали свои углубленные изыскания только в 1990-х гг. И — молекулярную палеонтологию относят ныне к "молодой науке" [1].

Основная цель дисциплины — это, конечно, попытки найти эволюционные связки на молекулярном уровне между теми или иными классами и семействами животных. Подкрепить, так сказать, "научные эволюционные построения", причем желательно — на неодарвинистском, молекулярно-генетическом уровне, путем исследования ископаемых ДНК [1]. Забегая вперед, позволим себе сразу сказать: все это, исходя из плохой сохранности древних макромолекул и наличия множества артефактов — дело безнадежное (в особенности для ДНК), но, безусловно, имеющее большой рекламный отклик (вспомним хотя бы роман и фильм "Парк Юрского периода").

2. В каком виде сохраняются ископаемые остатки

Сама идея, лежащая в основе молекулярной палеонтологии, поначалу должна казаться любому биохимику и молекулярному биологу абсурдной. В самом деле: общепринято, что биологические макромолекулы, внутримолекулярные связи в которых имеют значительную свободную энергию, не могут быть устойчивыми в течение длительных периодов времени просто по определению. Базовое, "кухонно-научное" понятие (не значит — неверное) — что органические соединения не способны сохраняться в течение миллионов лет просто вследствие термодинамических процессов распада. Тление мира греховного, как пишут Святые Отцы [9]. Да и микроорганизмы быстро разрушают органические субстраты.

И действительно, для обнаруживаемых ископаемых остатков было постулировано их окаменение с постепенным замещением органических структур неорганическими веществами (с низкой свободной энергией связей, а потому — стабильными). Только так, полагали ранее, могут сохраняться останки животных возрастом десятки миллионов лет. Исключительно в виде окаменелостей и отпечатков (а также хитина насекомых и весьма сходных панцирей черепах), причем в окаменелости переходят не только скелеты, но и мягкие ткани.

Механизм последнего процесса обусловлен проникновением минеральных веществ, находящиеся в водных растворах, в ткани погибшего организма с последующим замещением ими соединений, первоначально составлявших органические остатки. Процессу окаменения (fossilize; фоссилизации) кроме останков животных могут подвергаться также останки растений, когда их ткани, в частности древесина, замещаются кремнеземом. При недостатке же кислорода стволы и стебли растений превращаются в уголь, а листья — в углистые пленки. Аналогичным процессам фоссилизации иногда подвергаются микроорганизмы, но это происходит в исключительных условиях, когда их останки захоронятся и консервируются в тонкодисперсных осадках либо в коллоидных отложениях кремнезема [10]. Единственным, что кажется более или менее похожим на ископаемые органические соединениям, являются углеводороды нефти и газа, но это не биомолекулы.

Даже очень редко встречающуюся мумификацию палеонтологических образцов связывают, все-таки, с замещением неорганическими соединениями исходных тканей в условиях сухого и жаркого климата, подобного климату пустынь. Например, в 1908 г. Ч. Штернбергом были найдены в Вайоминге нескольких мумий динозавров-траходонтов, образованные мелкозернистым песчаником. Полагают, что животные погибли во время песчаной бури и их трупы были занесены сухим песком. После мумификации высохшие ткани оказались замещенными песчаником, образовав так называемые псевдоморфозы (т.е. имитации настоящих мумий) [11].

Процесс окаменения не обязательно связан с очень длительными периодами времени: при некоторых условиях возможен достаточно быстрый переход органических соединений в окаменевший образец. С данным фактом соглашаются и палеонтологи-эволюционисты в своих работах (в качестве обзора см., например, [7]). А не соглашаться никак нельзя, поскольку есть ряд примеров: окаменевшее водяное колесо, погребенное в монолите скалы (фото см. в [12]), какие-то окаменевшие мешки с мукой и т.п. [7]. Словом, нельзя однозначно утверждать, что для получения окаменевшего биологического образца обязательно необходимы сотни тысяч и миллионы лет.

3. Бывают ли не окаменевшие кости возрастом в "десятки миллионов лет"?

Окаменение окаменением, однако, оказывается, что некоторые кости даже динозавров почему-то "не совсем" окаменевшие. Именно в таких костях (или в подобных участках костей) наиболее успешны поиски сохранившихся биомолекул. У молекулярных палеонтологов иной раз встречаются термины " unmineralized" [13] и "nonpermineralized" [8], что, как кажется сначала, не может означать ничего другого, кроме как "не окаменевшая" и недоокаменевшая". Исследования [8, 13] доктора Мэри Швейцер с соавторами были посвящены выделению и идентификации фрагментов белков из кости тиранозавра возрастом в "65 млн. лет". И вокруг того, была ли та кость или же ее исследованные участки окаменевшими, возникла критика со стороны эволюциониста, доктора наук (Ph.D.) Дж. С. Харда (G.S. Hurd) [14]. Критикует же он статьи известного креациониста доктора Карла Виланда (C. Wieland) [15, 16], в том числе за то, что тот постоянно называет ту "недоокаменевшую" кость тиранозавра совсем "не окаменевшей". Глобальный это вопрос, оказывается (см. в [14]).

Дело в том, что термин " unmineralized" — это не окаменевшая, а "nonpermineralized" — действительно, как бы частично недоокаменевшая. Перминерализация же — это проникновение минералов в район сосудистых участков кости, заполнение минералами ее открытых частей [14, 17]. Две большие разницы, как говорится: вовсе не окаменевшая, это, де, быть не может — иначе как бы она сохранилась миллионы лет... А вот частично — пожалуйста, бывает такое.

Крепко ополчился на своем сайте доктор Дж. С. Хард на креационистов по этому поводу, обвиняя их в научной недобросовестности, натяжках и подтасовке фактов. Однако исследование первоисточников показало, что все может оказаться с точностью наоборот.

В своей первой статье в научном журнале ("Journal of Vertebrate Paleontology") доктор М. Швейцер прямо в заголовке указала: "...biomolecules in unmineralized bone from Tyrannosaurus". Было это в самом начале, в 1994 г. [13]. Позже появилась публикация-интервью в недоступном нам научно-популярном американском журнале "Earth" [18], где, судя по [14] и [15, 16], она снова назвала ту кость "не окаменевшей".

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--