01.09.2008

Молекулярная палеонтология и эволюционные представления о возрасте ископаемых останков

Обзор последних научных исследований

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".

Доктор К. Виланд поверил М. Швейцер и всюду в своих работах повторяет исходные слова основной исследовательницы. Но, начиная с 1997 г. в научных статьях доктора М. Швейцер по тиранозавру, мы более не встречаем термин "unmineralized", зато в программной статье [8] имеется уже "nonpermineralized", "недоокаменевшая частично", значит.

Доктор Дж. С. Хард, отчитывая доктора К. Виланда, с жаром не раз пеняет ему на то, что тот в своих выводах о "неокаменевшей кости" опирается на рекламную публикацию М. Швейцер с соавтором под характерным названием "Реальный Парк Юрского периода" в жалком научно-популярном журнале "Earth" в 1997 г. [18] (да и журнал тот, дескать, "приказал долго жить" после выхода третьего номера [14]).

Однако ни доктор Дж. С. Хард, ни доктор К. Виланд почему-то вовсе не упоминают на своих сайтах о работе в журнале по палеонтологии позвоночных, посвященной белкам в кости тиранозавра и опубликованной в 1994 г. [13]. Там эта кость, как указано нами выше, прямо названа "не окаменевшей" в заголовке статьи. Такое впечатление, что о работе [13] оба вышеуказанных доктора не ведают (иначе бы К. Виланд мог ей оправдаться). Получается, что о той работе знают только сама М. Швейцер со своим шефом и еще двумя соавторами (и помалкивают [14]), а также ваш покорный слуга. Либо — что в 1994 г. были кости другого тиранозавра. Последнее весьма сомнительно (да и сам факт "не окаменения" кости возрастом в десятки миллионов лет не изменится от того, какому тиранозавру она принадлежит). И малопонятно, почему в 1994 г., когда приступили к исследованию той кости, она была "не окаменевшей", а к моменту главной публикации в 1997 г. стала "частично недоокаменевшей". "Фоссилизировалась" она местами за три года, что ли?

Как ошиблись с окаменением в начале исследования, сказать трудно. Можно предположить, что все дело в конъюнктуре: спохватились, когда несколько неосторожно назвали не окаменевшую кость своим именем (как же тогда с десятками миллионов лет?), и решили лучше подчеркнуть, что имелись некоторые "недоокаменевшие" места в участках сосудистых структур, а вовсе не то, о чем подумали в 1994 г.

Еще. В своем очень познавательном обзоре по молекулярной палеонтологии за 2003 г. [1] ведущий специалист в этой области, доктор Мэри Швейцер, в списке цитированной литературы представила всего одну свою работу (не про тиранозавра) из порядка десяти имеющихся. Нет там в списке ни единой статьи по идентификации белков в кости тиранозавра (не окаменевших в 1994 г. и "недоокаменевших" в 1997 г.), хотя в тексте и упоминается глухо о "возможности присутствия гемоглобина в кости динозавра", причем представлена все та же, единственная ссылка по совсем другому поводу (Schweitzer et al., 1999). Упоминание имеется, но подробного разбора данных, а также самих статей, в списке источников нет.


Такого ваш покорный слуга за четверть века не встречал ни в одном обзоре: чтобы не ссылались на свои же работы, будучи, притом, ведущим специалистом в данной области и имея основополагающие публикации. Налицо, так сказать, какой-то "тайный замысел". Ничем другим объяснить подобное нельзя. Ведь совсем безобидным кажется на первый взгляд вопрос о "неокаменении" или "недоокаменении", однако, как видим, страсти вокруг него разгорелись серьезные. Такие страсти, что доктор М. Швейцер в 2003 г., видно, опасается цитировать саму себя за 1994–1997 гг. В самом деле — прослывет "слепой пособницей креационистов", и финансирование работ по грантам весьма ужмется. А за такое профессор Дж. Хорнер (Jack Horner), шеф М. Швейцер, по головке ее, наверное, не погладит.

По-видимому, именно поэтому в вышеупомянутом обзоре 2003 г. [1] доктор М. Швейцер цитирует одну из двух своих работ последних лет, из которой следует, что она, Швейцер, стоит строго на эволюционных позициях: там развивается гипотеза о молекулярных механизмах развития внешнего покрова в эволюционной линии динозавры — птицы [19, 20]. Причем цитированная работа опубликована в узкопрофильном журнале по экспериментальной зоологии ("Journal of Experimental Zoology") [20]. Зато нецитированная, по белкам тиранозавра, — в серьезном и широко известном журнале АН США [8].

Столь подробно указанный вопрос мы разобрали здесь потому, что следует понимать степень субъективизма в представлении данных не только интерпретаторами важных экспериментальных фактов (независимо от того, эволюционисты то или креационисты), но и самих исходных исследователей. В особенности же в такой области, как "эволюционизм" или Творение. К сожалению, часто получается так, что мало какие из выходящих за рамки общепринятого научные (а также околонаучные) факты и рассуждения можно сразу принимать на веру. Необходимо убедиться не только в достоверности исходного источника, но и изучить доступные сопутствующие публикации, в особенности фундаментальные.

4. Биологические макромолекулы, фрагменты которых идентифицированы в останках организмов возрастом в "десятки и сотни миллионов" лет

Как уже упоминалось, в конце 1980-х и, особенно, в 1990-х гг. молекулярная палеонтология достигла относительно больших успехов. Белки и ДНК были выделены и идентифицированы из различных ископаемых остатков порой прямо-таки умопомрачительного оцененного возраста. Подобные работы, помимо Кракова (Польша), проведены в целом ряде лабораторий США, в Австралии, Нидерландах, Германии и, если включить сюда митохондриальную ДНК кавказского "неандертальца", даже в России [21].

В табл. 1 представлены имеющиеся на настоящий момент данные по выделению и/или идентификации белков и ДНК из ископаемых остатков в палеонтологическом плане: т.е. древних в смысле геологической хронологии. Использованные в цитированных работах методы (иммунохимический анализ либо сравнительное исследование характеристик очищенных белков) позволяют однозначно утверждать: это фрагменты (порой значительные) эндогенных макромолекул, т.е. принадлежащих самим ископаемым организмам, а не являющиеся посторонними примесями за счет бактерий, грибков и др.

Таблица 1 ( приведена в материалах к публикации)

Можно видеть, что, несмотря на оцененные периоды в десятки, а порой и в сотни миллионов лет, в образцах остались не распавшиеся фрагменты белков, которые можно определить с помощью антител. То есть фрагменты такой величины, что они способны антителами узнаваться.

Относительно бета-кератина и коллагена следует отметить, что эти белки, вследствие своей особой жесткой молекулярной структуры, являются наиболее устойчивыми как к химическим воздействиям, так и к деградации микроорганизмами [34]. В то же время, относительно сохранности даже коллагена в ископаемых остатках все не так уж и ясно.

Ранние работы были сфокусированы на идентификации именно коллагена, поскольку он может быть детектирован в костях с помощью электронной микроскопии вследствие своей уникальной фибриллярной структуры [1]. И действительно, в целом ряде исследований коллагеновые микроструктуры были хорошо видны под электронным микроскопом в остатках костей динозавров, мамонтов и других ископаемых животных [6, 7, 13, 36–38]. Продемонстрировано, однако, что сохранение даже высокого уровня микроструктур не указывает с необходимостью на действительное наличие белковых молекул коллагена (структуры просто сохраняют их форму). В видимых коллагеновых структурах далеко не всегда идентифицируются специфические для этого белка аминокислоты [37] и не всегда такие структуры реагируют с антителами к коллагену [39].

Отсюда вывод: обнаружение под электронным микроскопом даже хорошо сохранившихся коллагеновых структур (и сосудистых стенок) внутри ископаемых костей не указывает однозначно на присутствие в них самого белка, поэтому ни к каким "сенсационным" креационистским выводам такие структуры в костях, например, динозавра [7], приводить не должны. Наверное, даже эти уже безколлагеновые образования вряд ли способны выдержать миллионы лет, но доказательств тому нет, поскольку в них, по-видимому, часто отсутствует лабильный органический материал (как в упомянутых выше псевдоморфозах песчаных мумий динозавров).

Представленные же в табл. 1 данные, в том числе по коллагену, отражают действительную идентификацию белковых фрагментов. Во всех перечисленных случаях действительно выделили и/или детектировали части белков. Наиболее сохранными оказываются, понятно, коллаген, кератины и остеокальцин, а наименее — более лабильные и более сложные белки с глобулярной структурой, в частности альбумин.

Имеется, однако, одно важное и фундаментальное исключение, связанное с работами все той же доктора Мэри Швейцер.

1. Кератины — белки, формирующие волосы, перья, чешую и т.п. образования. Вследствие жесткости  своей молекулярной структуры очень устойчивы к внешним воздействиям. Бета-кератин для современных животных обнаружен только у рептилий и птиц (чешуя, перья) [34].

2. Представлена продолжительность периода или эпохи.

3. Коллаген. Соединительная ткань организма формирует хрящи, сухожилия, связки, остов костей и т.д. Механическая и поддерживающая функция этой ткани обеспечивается нерастворимыми нитями, образованными высокополимерными соединениями коллагена — самого распространенного белка животных. Мономеры коллагена представляют собой трехнитевые белковые "тяжи", которые связываются друг с другом поперечными молекулярными связями (сшивками), образуя коллаген. Такая жесткая структура обеспечивает механическую прочность при сопутствующей эластичности [34].

4. Остеокальцин — низкомолекулярный костный белок, содержащий много глутаминовой кислоты; специфичен для костей.

5. Результаты авторов из мормонского университета (США), по-видимому, спорны: имеется комментарий на данную работу ведущих молекулярных палеонтологов [35].


Страница 1 - 1 из 3
Начало | Пред. | 1 2 3 | След. | КонецВсе

© Все права защищены http://www.portal-slovo.ru

 
 
 
Rambler's Top100

Веб-студия Православные.Ру