Опять динозавры

Вот так со времен Альвареца и пошел тот великий спор между «астероидниками» и «вулканистами», о котором мы на этих страницах не раз писали. Под знамена первых собралось большинство специалистов; знамя вторых долгие годы держала неутомимая воительница Келлер, которая регулярно, раз в несколько лет, будоражила геологическую общественность, сообщая о своих новых исследованиях (на Деканском плато и в других местах), свидетельствовавших в пользу вулканов. С годами спор утратил былую остроту, и стороны начали сближаться, потому что «вулканисты» отказались от мысли о главенстве вулканов в истреблении динозавров и просили только признать их «ведущую» или даже «главную подсобную роль», наряду с астероидом. Но «астероидники» были более догматичны и в этой роли вулканам решительно отказывали. За что и были наказаны. Бездумная догматичность – она всегда опасна, в науке особенно. Думать, конечно, труднее, зато надежнее.

Наказание, о котором речь, пришло с недавним (октябрь 2015) появлением в журнале Science статьи американского геохронолога Ренне и его коллег, в которой были опубликованы уточненные данные по хронологии Деканского извержения. Эти данные были получены путем тщательного анализа содержания газа аргона в различных (по времени) слоях деканских «траппов». Аргон появляется в лаве (и остается там в виде пузырьков) в результате распада радиоактивного калия, вынесенного лавой из недр Земли. Зная количество аргона и скорость его образования (т.е. скорость распада калия), можно вычислить, когда появился тот или иной слой, а по этим данным уже можно построить всю хронологию почти миллионнолетнего извержения. Какую же картину рисуют данные группы Ренне?

Как пишут авторы, по их данным Деканское излияние лавы началось, по меньшей мере, за 173 тысячи лет до удара Юкатанского астероида и продолжалось, по меньшей мере, еще 500 тысяч лет после этого удара. Но до удара извержения производили на свет примерно 400 млн кубометров в год, а, начиная с 50-ти тысяч лет после удара, эта цифра подпрыгнула до 900 млн кубометров в год. Эти извержения стали реже, но каждое было много мощней, чем до удара. По мнению Ренне, ударная волна, прокатившаяся сквозь земной шар после падения астероида, многократно реверберировала в нем, отражаясь от столбов лавы, т.н. «шлейфов», поднимающихся от раскаленного земного ядра к поверхности Земли. Эти удары существенно изменили характер Деканского шлейфа, расширив тот бассейн лавы, которым этот шлейф кончался под Деканским плоскогорьем, что и привело, в конечном счете к изменению характера извержений – они стали много мощней, а их последствия - много опасней для жизни на Земле.

Таким образом, данные Ренне (в его истолковании) выдвигают третий возможный сценарий гибели динозавров (и с ними еще двух третей тогдашней земной фауны).Вот как он формулирует свой вывод: «Наши данные указывают, что оба механизма (удар астероида и излияние лавы – Р.Н.) могли быть генетически связаны и ни один из них не может быть оторван от другого. Уже существовавшая к тому времени Деканская магматическая система претерпела мощный сдвиг, совпавший по времени с Юкатанским ударом и последующей биологической катастрофой, после чего около 70% всей массы деканских траппов были выброшены в ходе более редких, но более мощных извержений. Этот новый характер Деканские извержения приобрели примерно через 50 тысяч лет после удара, что согласуется с тем временем, в течение которого сейсмическая система должна была перестраиваться после мощного удара. Восстановление водной жизни на Земле было, по всей видимости, прервано вплоть до спада ускоренного вулканизма, что произошло примерно через пол-миллиона лет после удара».

Увы, но я и теперь не могу сказать, что все «астероидники» признали картину, нарисованную Полем Ренне. Его оппоненты тут же указали, что, хотя Деканские извержения начались за десятки тысяч лет до Юкатанского удара, морская жизнь на Земле, судя по имеющимся данным, продолжала все это время процветать, пока не последовал сам удар. На это «вулканисты» уже ответили, что, возможно, до удара эти извержения были недостаточно сильны, чтобы вызвать биологическую катастрофу, а после удара все пошло как раз по сценарию Ренне. И мы можем лишь с сожалением констатировать, что симпатичное примирение двух враждующих гипотез, видимо, не состоялось и на этот раз.

Интересно, что почти одновременно со статье Ренне в журнале Geology появилась статья, посвященная загадке другого бедствия – т.н. Пермско-Триассовой биологической катастрофы, произошедшей 251.9 млн лет назад, когда на переходе от влажного пермского к засушливому раннетриассовому климату погибли почти 96% всей тогдашней морской живности и 70% наземных позвоночных (эта катастрофа расчистила путь динозаврам, как позднее гибель динозавров расчистила путь млекопитающим). Считается, что эта катастрофа была вызвана вуланизмом, поскольку примерно в то же время началось великое излияние лавы в Сибири, породившее знаменитые «Сибирские траппы» на площади около 1 млн кв.км. В новой статье геохронолог Сандра Каро неожиданно сообщила, что ее уточненные данные показывают, что наземные позвоночные начали массово вымирать уже за 1.5 млн лет до начала излияния. Так что и тут возникает проклятый вопрос – что вызвало массовую гибель? Кстати тут даже на астероид не сошлешься, ибо никаких серьезных следов космического удара в эту пору не имеется.

Такие вот дела.

****************************************************************************************************************

Один маленький белок - а какие возможности!

Есть в США замечательный ученый Евгений Кунин, как вы понимаете, родом из бывшего СССР. Он ведущий сотрудник Национального Центра биотехнологической информации США и один из самых широко цитируемых в мире авторов в области эволюционной теории и вычислительной биологии; автор книги «Логика случая», в которой изложена его новая теория биологического Биг Бэнга, положившего начало происхождению вирусов, архей и бактерий; на его счету ряд крупных биологичских открытий (в частности – новых видов мега-вирусов, превышающих по сложности бактерии). В сентябре нынешнего года группа Кунина опубликовала в журнале Cell сообщение, которое сулит открыть новые горизонты в области генетической инженерии, то есть направленного изменения генов.

Широкий путь к такой инженерии впервые открылся перед учеными несколько лет назад, когда было обнаружено, что бактерии, которым намного раньше нас довелось бороться с инфекцией (в лице т.н. бактериофагов), «изобрели» первую в истории иммунную систему. Это была примитивная, но весьма эффективная система. На языке биологов она именуется CRISPR. Работает она так. Когда бактериофаг пробирается внутрь бактерии и ей удается его уничтожить, она делает на основе каких-нибудь его генов специальную молекулу (РНК), способную распознавать в будущем эти гены, и присоединяет к ней небольшой белок (нуклеазу), способный разрезать вражескую ДНК в том месте, где в ней находятся эти гены. Когда враг явится в следующий раз, этот комплекс (РНК+нуклеаза) распознает, атакует и уничтожает его.

Открыв этот механизм, ученые вскоре поняли, как можно использовать его для целей генетической инженерии. Нужно создать РНК, распознающую то место (тот ген) в ДНК, где желательно сделать какое-то изменение, и присоединить к ней такую нуклеазу, которая могла бы разрезать ДНК в этом месте. А кроме того послать в «оперируемую» клетку такой кусочек ДНК, который желательно вставить в место разреза. Когда клеточные белки, занимающиеся срочной починкой испорченных ДНК, явятся на место происшествия, они найдут там эту готовую «заплату» и сами и вставят ее куда нужно ученым.

И так оно и получилось. Когда Эммануэль Шарпантье из Германии и Дженнифер Дудна из США предложили использовать для «редактирования» генома систему CRISPR в сочетании с простейшей нуклеазой Cas9, началась очередная революция в биологии. Разумеется, конкретные детали такого «редактирования» много сложнее описанного, но это технические детали. Куда важнее, что была проторена «дорога в неведомое». И вот сейчас на этом пути сделан следующий важный шаг. Он был продиктован, как часто бывает, необходимостью. В ходе многочисленных экспериментов с комплексом CRISPR/ Cas9 выяснилось, что он накладывает определенные ограничения на возможности «хирургических операций» на геноме. Комплекс CRISPR/Cas9 – довольно большой белок, а это затрудняет введение всего комплекса в клетку. Кроме того, Cas9 в качестве «ножниц» часто ошибается и разрезает ДНК не в том месте, где нужно. Возникла задача найти другие «ножницы», и тут на сцене появилась группа Кунина.

Будучи биоинформатиками, они прочесали весь свой архив бактериальных геномов, детально изучили их иммунные системы и сделали немаловажное открытие. Оказалось, что бактерии используют не один, а несколько разных видов CRISPR, каждый со своим семейством нуклеаз в подмогу. Одно из этих семейств, белки группы Cpf1, показалось ученым многообещающим. В сочетании с наводящей на цель РНК они были меньше и работали точнее, чем комплексы с нуклеазой Cas9. Сотрудник Кунина д-р Чанг изучил все сорок с лишним различных генов, управляющих производством Cpf1 в разных бактериях, и показал, что два из них дают такие Cpf1, которые способны работать также в человеческих клетках, точно разрезая их ДНК в заданном месте. А поскольку, как выяснилось по ходу исследования, Cpf1 разрезает ДНК в иных местах, нежели Cas9, это означает, что он вдвое расширяет диапазон возможностей генетической инженерии.

«Новый прорыв» - так охарактеризовали это открытие другие биологи.

Рафаил Нудельман
"Окна", 5.11.2015