Najstarsze sekwencjonowane DNA należało do mającego milion lat tajemniczego mamuta

Najstarsze kiedykolwiek odkodowane DNA należało do mamuta z tajemniczej, wcześniej nieznanej linii, która żyła około 1,2 miliona lat temu, wynika z nowych badań.

Wcześniej najstarszy znany sekwencjonowany genom pochodził od konia, który żył do 780 000 lat temu, na obecnym terytorium Jukonu w Kanadzie. Odkrycie mamuta „jest, z dużym marginesem, najstarszym kiedykolwiek odzyskanym DNA”, powiedział na konferencji prasowej we wtorek (16 lutego) starszy badacz Love Dalén, profesor genetyki ewolucyjnej w Centrum Paleogenetyki w Sztokholmie.

Pozostałości tajemniczego mamuta odkryto w pobliżu syberyjskiej rzeki Krestovka. Po zbadaniu jego pradawnego DNA, wraz z nowo zsekwencjonowanymi genomami dwóch innych mamutów – mamuta włochatego ( Mammuthus primigenius ) w wieku około 700 000 lat i poprzednika mamuta włochatego, który ma około 1 mln lat – naukowcy dokonali zaskakującego odkrycia: mamuty kojarzyły się z mamutem z tajemniczej linii Krestovki około 420 000 lat temu, co doprowadziło do powstania mamuta hybrydowego, którego znamy dzisiaj jako mamuta kolumbijskiego ( Mammuthus columbi ).

Naukowcy odkryli, że linia mamutów Krestovka wyemigrowała z Syberii do Ameryki Północnej, przez most lądowy w Cieśninie Beringa około 1,5 miliona lat temu; dowody kopalne sugerują, że mamut włochaty odbył tą wędrówkę ponad 100 000 lat temu, ale naukowcy twierdzą, że mógł przybyć ją wcześniej, być może 500 000 do 400 000 lat temu.

Nie wiadomo, gdzie doszło do hybrydyzacji, ale kiedy się spotkali, „te dwie linie hybrydyzowały i utworzyły to, co obecnie nazywamy mamutem kolumbijskim” – powiedział na konferencji prasowej główny badacz Tom van der Valk, badacz z tytułem doktora w Szwedzkim Muzeum Historii Naturalnej i Centrum Paleogenetyka.

Genetyczne odkrycie pochodzenia mamuta kolumbijskiego jest niezwykłe – powiedział Daniel Fisher, profesor i kurator w Muzeum Paleontologii Uniwersytetu Michigan, który nie był zaangażowany w badanie. „Hybrydowe pochodzenie nowych gatunków było z pewnością proponowane już wcześniej, ale w niewielu przypadkach udało się umieścić to zjawisko w tak jasnym kontekście historycznym, geograficznym i ewolucyjnym” – powiedział Fisher.

Starszy badacz Love Dalén (po lewej) i współprowadząca badaczka Patrícia Pečnerová (po prawej) trzymają kieł mamuta na wyspie Wrangel. (Zdjęcie: Gleb Danilov)

Trąba zamarzniętego młodego mamuta odkrytego w 2014 roku w Jakucji na Syberii. (Zdjęcie: Love Dalén)

Kieł mamuta odkryty w dnie potoku na wyspie Wrangla w 2017 roku (Zdjęcie: Love Dalén)

Z wiecznej zmarzliny na wyspie Wrangla w północno-wschodniej Syberii wyłania się kieł mamuta. (Zdjęcie: Love Dalén)

Włochaty projekt

Kiedy naukowcy rozpoczynali projekt, mieli nadzieję dowiedzieć się czegoś o ewolucji mamuta włochatego – „Naszym głównym celem było odzyskanie genomów sprzed powstania mamuta włochatego i po nim” – powiedział Dalén. Zdecydowali się zbadać trzy mamuty, których szczątki zostały znalezione na północno-wschodniej Syberii przez zmarłego rosyjskiego paleontologa Andrieja Sher w latach 70. Pierwszy z nich to jeden z najstarszych odnotowanych mamutów włochatych, liczący 700 000 lat zwany Chukochya oraz poprzednik mamuta włochatego o imieniu Adycha, który wyglądał jak europejski mamut stepowy ( Mammuthus trogontherii ), bezpośredni przodek mamuta włochatego.

Trzeci mamut, Krestovka, również wyglądał trochę jak mamut stepowy, mimo że oddzielił się od tej linii ponad 2 miliony lat temu. Tak więc, pomimo ewolucji w zupełnie innych liniach przez ponad 1 milion lat, mamuty z linii mamuta włochatego i linii Krestovka nadal były w stanie kojarzyć się z sobą, odkryli naukowcy.

„Wygląda na to, że hybrydyzacja linii, które były od dawna rozdzielone -rzędu 1 miliona lat – połączyły się i z powodzeniem wyprodukowały pozornie nowy gatunek, co jest naprawdę oszałamiające” – powiedział Ross MacPhee, starszy kurator zoologii kręgowców w Amerykańskim Muzeum Historii Naturalnej w Nowym Jorku, które nie brało udziału w badaniu.

Badając genetykę mamuta włochatego, naukowcy dokonali kolejnego odkrycia: „Wiele z adaptacji, które znamy u mamutów włochatych, takich jak termoregulacja, zmiany w ich rytmie dobowym, złogi tłuszczu i porost włosów były już obecne u mamuta stepowego”, powiedział van der Valk. Innymi słowy, mamut włochaty nie wyewoluował, aby przystosować się do zimna. Przeciwnie, jego poprzednik miał już te adaptacje, co oznacza, że ​​adaptacje te prawdopodobnie pojawiały się powoli w czasie, a nie szybko pod wpływem selektywnej presji. Jednak mamut włochaty nadal ewoluował; naukowcy odkryli, że mamuty włochate, które żyły bliżej wyginięcia, miały więcej wariantów genetycznych związanych z wyczuwaniem temperatury niż poprzednie mamuty włochate.

Przedstawienie prawdopodobnej historii ewolucji różnych linii mamutów. (Zdjęcie: van der Valk, T. et al. Nature (2021))

Trzonowiec tajemniczego mamuta Krestovka, który żył około 1,2 miliona lat temu. (Zdjęcie: Love Dalén)

Trzonowiec mamuta Chukochya liczący około 700 000 lat. (Zdjęcie: van der Valk, T. et al. Nature (2021))

Trzonowiec mamuta Adycha, który żył około 1 miliona lat temu. (Zdjęcie: van der Valk, T. et al. Nature (2021))

Jak oni to zrobili

DNA zaczyna się degradować w momencie śmierci zwierzęcia, więc w jaki sposób międzynarodowy zespół naukowców połączył te trzy genomy mamuta? Zmapowali już genom afrykańskiego słonia ( Loxodonta africana ) i genom mitochondrialny (DNA odziedziczony po linii matki) słonia indyjskiego ( Elephas maximus ). Te wcześniej zsekwencjonowane genomy były jak obraz na pudełku puzzli; słonie są krewnymi mamutów, więc ich dane genetyczne posłużyły jako użyteczne odniesienie dla genomów mamutów.

Drobne fragmenty starożytnego DNA, które zespół wyodrębnił z zębów trzonowych mamutów, były fragmentami układanki. Chociaż zimna wieczna zmarzlina Syberii pomogła zachować DNA mamuta, bakterie i inne degradujące elementy, takie jak enzymy, rozbiły to DNA na małe fragmenty, niektóre tak krótkie jak 35 par zasad, czyli „litery” tworzące DNA. Korzystając z algorytmu, naukowcy odrzucili obce DNA, które zanieczyściło próbki mamutów, w tym DNA z drobnoustrojów. Odrzucili również wszelkie niepewne fragmenty DNA, które wydawały się pasować do genomu mamuta, ale mogły pochodzić od innych zwierząt, które skaziły próbki.

Po przeanalizowaniu przez algorytm miliardów fragmentów puzzli DNA naukowcy uzyskali genomy mamuta, niektóre bardziej kompletne niż inne. Mamut Krestovka, który ma 1,2 miliona lat, był najmniej kompletny i miał około 49 milionów par zasad, „co stanowi stosunkowo niewielki ułamek genomu, ale wciąż wystarcza, aby pewnie umieścić genom na drzewie [genealogicznym] – powiedział van der Valk.

Liczący 1 milion lat mamut stepowy Adycha miał około 884 milionów par zasad, czyli 25% do 30% jego genomu. Van der Valk powiedział, że 700 000-letni mamut włochaty Chukochya miał około 3,6 miliarda par zasad, czyli od 70% do 80% swojego genomu. W międzyczasie zespół był w stanie całkowicie odtworzyć genomy mitochondrialne każdego mamuta.

DNA mitochondrialne było kluczowe, ponieważ naukowcy znają tempo, w jakim zachodzą mutacje genów mitochondrialnych, co pomogło im datować próbki. Zespół datował również mamuty na podstawie danych geologicznych, takich jak biostratygrafia (datowanie okazów na podstawie wieku sąsiednich skamieniałości i formacji geologicznych) i paleomagnetyzm (datowanie śladów pozostawionych przez zmieniające się pole magnetyczne Ziemi w próbkach).

Jak długo więc może przetrwać starożytne DNA? Naukowcy uważają, że można odzyskać nawet starsze genomy. „Można przypuszczać, że moglibyśmy odzyskać DNA, które ma 2 miliony lat, a być może nawet takie które ma 2,6 miliona ” – powiedział w oświadczeniu współautor badania Anders Götherström, profesor archeologii molekularnej i kierownik badań w Centrum Paleogenetyka. „Wcześniej nie było wiecznej zmarzliny, w której mogło by zachować się starożytne DNA”.

Badanie zostało opublikowane w Internecie w środę (16 lutego) w czasopiśmie Nature.

Źródła: Laura Geggel

Million-year-old DNA sheds light on the genomic history of mammoths

Zdjęcia: Beth Zaiken/Center for Palaeogenetics

Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x