那些熱衷於復活恐龍的人恐怕要失望了,一個殘酷的事實是:科學家從未獲得過恐龍的脫氧核糖核酸(DNA),而這是克隆所必需的要素。不過,科學家還是從恐龍骨骼化石中提取到了一些神秘的DNA片段。
目前,科學家還不確定這些DNA屬於恐龍還是其他生命形式,比如微生物或蚯蚓等;或者甚至可能來自研究這些化石的古生物學家。「我已經在恐龍骨骼裡發現了DNA,」北卡羅萊納州立大學的分子古生物學家瑪麗·施魏策爾(Mary Schweitzer)說,「但我們沒有對它測序——我們無法恢復它,而且無法對它定性。它到底屬於什麼生物依然是一個謎。」
施魏策爾表示,恐龍化石中殘留DNA並不出人意料。骨骼部分是由一種被稱為羥磷灰石的礦物質組成的,能很好地保存某些生物分子,包括DNA。事實上,研究者在實驗室中經常用羥磷灰石來提純並富集DNA。「這也是我自己不參與DNA工作的原因之一,」施魏策爾說,「它太容易受到汙染,而且很難破譯。」
相反,施魏策爾分析了恐龍化石中的軟組織殘留,比如她和同事們在一隻8000萬年前的鴨嘴龍化石中發現的血管。不過,她還在思考著克隆一隻恐龍所需要的步驟。從分子生物學的角度,創造出一隻現實版的「侏羅紀公園」恐龍,需要考慮以下幾個問題。
DNA能保存多長時間?
科學家需要DNA來克隆恐龍,但DNA在生物體死後就會開始分解。這是酶(來自土壤微生物、體細胞和胃腸細胞)作用的結果。紫外線輻射也會使DNA分解。此外,氧氣和水也能改變DNA的化學性質,使雙螺旋鏈斷裂。加州大學聖克魯茲分校生態學和演化生物學系助理教授貝絲·夏皮羅說:「所有這些東西都會使DNA分解成更小、更細碎的片段,直到最終什麼都沒留下。」
夏皮羅稱,目前能恢復並確證的最古老DNA來自一塊70萬年前的馬骨骼化石,採集自加拿大育空地區克朗代克的冰凍金礦。2013年夏皮羅在《自然》(Nature)雜誌上合作發表了一篇關於該化石的論文。然而,關於DNA能保存多久的問題依然未解。
有科學家提出,DNA能保存長達100萬年時間,但肯定不超過500萬年或600萬年。相比之下,小行星撞擊地球導致「非鳥類恐龍」滅絕的時間,是遙遠的6500萬年前。不過,施魏策爾稱,要確定DNA在何種情況下能保存多久,還需要進行更多的實驗。
此外,不要期待《侏羅紀公園》那樣的情節能夠實現。在這部1993年的賣座電影中,科學家從保存在琥珀裡的一隻古老蚊子體內提取了恐龍DNA。然而,琥珀並不能很好地保存DNA。
在2013年發表於《PLOS ONE》的一篇論文中,研究者嘗試從保存在柯巴脂(琥珀的一種前體)內的兩隻蜜蜂身上提取DNA。他們沒有發現「任何有說服力的證據」,來證明他們研究的兩塊柯巴脂樣品能夠保存古老的DNA。他們的結論是,「DNA無法保存在這種類型的材料裡」。他們還補充道:「對於那些從昆蟲琥珀化石——比柯巴脂古老數百萬年——提取出DNA的說法,我們的結果提出了更進一步的質疑。」
恐龍DNA?
如果研究者選擇研究恐龍骨骼化石中隱藏的DNA,那將很難確定這些DNA是否就屬於恐龍。「從那塊馬骨骼中恢復的DNA片段很短(平均只有40個字母長),並且顯示出死後損傷的特徵,」夏皮羅說,「但它們能夠匹配到現代馬的基因組中,因此我們知道它們是馬的祖先。」
相比之下,恐龍的現生近親是鳥類。鳥類從獸腳亞目——一類雙足恐龍,大部分是肉食性,如暴龍和伶盜龍——演化而來,其他恐龍類群,包括鴨嘴龍科、角龍亞目(如三角龍屬)、劍龍屬和甲龍屬等,並沒有現生的近親。
此外,任何保存至今的恐龍DNA都很有可能是高度碎片化的,並且已經嚴重受損。「有一個關於恐龍DNA的關鍵問題,」夏皮羅說,「我必須要問,『這是恐龍DNA嗎,還是在恐龍被掩埋時進入恐龍骨骼的微生物DNA?』」
克隆過程
暫且將以上爭論放在一邊,讓我們思考一下就算研究者獲得了全序列的恐龍DNA會發生什麼。全序列DNA意味著可以獲得整個基因組,包括所謂的「垃圾DNA」和整合到恐龍遺傳密碼裡面的病毒DNA。施魏策爾稱,這些病毒DNA可能會成為嚴重的問題,特別是如果它能感染現代的植物和動物的話。
接下來,研究者需要找到一個宿主生物體來克隆恐龍,這很可能是一隻鳥。但是,鳥類母親和恐龍母親的差別遠遠超出一般人的想像。「脊椎動物的發育所涉及的遠遠不止DNA提供的信息,」施魏策爾說,「發育過程中許多時間點都需要母親的基因和蛋白質來控制。它如何能獲得所需要的發育信號呢?」
再者,就算通過某種方法,鳥類母親最終能將這隻生物生出來,那它也將是一隻一半是鳥,一半是恐龍的生物,它能夠適應今天的氣候嗎?
「它的基因和蛋白質所對應的是一個非常不同的世界,」施魏策爾說,「那時大氣中的二氧化碳濃度與今天不一樣;氧氣濃度不一樣;溫度也不一樣——它如何能(在今天的環境中)功能正常?」
此外,這隻生物的消化酶可能無法應對現代的動物和植物,它體內不具有中生代的微生物——它很可能需要這些來消化和吸收營養物質。施魏策爾稱,單純為了人類的娛樂而只復活一隻恐龍是很殘忍的,而要維持一個可持續的、有足夠遺傳多樣性的種群,需要至少5000隻個體。「你如何能克隆5000隻暴龍?」她說,「而且,就算可以,那你準備把它們放哪裡呢?」
要想克隆恐龍,有太多的問題需要克服。「獲得DNA,儘管我們還沒做到,但那是容易的部分,」施魏策爾說道。她還會繼續研究恐龍骨骼,儘管克隆的想法很不切實際,但她還是會時不時想一下。「我得承認,我真的很想看到一隻暴龍,」她說,「那將非常酷。」
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