Naukowcy zrekonstruowali DNA mamuta sprzed ponad miliona lat

Kategorie: 

Źródło: tg

Biolodzy odtworzyli starożytne DNA trzech mamutów z syberyjskiej wiecznej zmarzliny. Wiek dwóch okazów przekracza milion lat. Nikomu wcześniej nie udało się odzyskać tak starożytnego materiału genetycznego. Badanie, którego wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie Nature, pozwoliło nam dowiedzieć się więcej o ewolucji mamutów.

 

 

Na przykład okazało się, że we wczesnym plejstocenie na wschodzie Syberii istniały dwie niezależne populacje tych roślinożerców, a mamuty północnoamerykańskie Kolumba wywodzą się z hybryd między tymi liniami ewolucyjnymi. Ponadto naukowcy odkryli, że ponad milion lat temu przodkowie mamutów włochatych przeszli wiele adaptacji do życia w zimnym klimacie.

 

Dzięki nowoczesnej technologii specjaliści byli w stanie wyodrębnić i przeanalizować DNA ze szczątków dawno martwych istot żywych, od nosorożców włochatych i neandertalczyków po wilki. Jednak istniejące metody mają ograniczenia. Okazało się, że po 2 – 2,6 miliona lat pradawne DNA jest tak fragmentaryczne, że przywrócenie jego integralności nie jest już możliwe. Co więcej, najstarsze próbki genetyczne dostępne do badań są znacznie młodsze niż ten teoretyczny limit. Do tej pory rekord starożytności znajdował się w DNA konia w wieku 780 - 560 tysięcy lat.

 

Z powodu niedoboru próbek DNA, które mają blisko milion lat, rekonstrukcja historii ewolucji wielu gatunków pozostaje problematyczna. Na przykład różne gatunki mamutów (Mammuthus) zamieszkują Eurazję i Amerykę Północną od 2,5 miliona lat temu, ale związek między nimi jest raczej słabo poznany.

 

Aby dowiedzieć się więcej o ewolucji mamutów, zespół kierowany przez Toma van der Valka z Centrum Paleogenetyki w Sztokholmie próbował wyodrębnić DNA z zębów trzonowych trzech osobników, które żyły we wczesnym i środkowym plejstocenie i zostały znalezione w wiecznej zmarzlinie na północnym wschodzie Syberii. Dwa okazy, nazwane Krestovka i Adycha (na cześć rzek, w pobliżu których dokonano znalezisk), przypominają strukturą mamuty stepowe (M. trogontherii), a eksperci szacują ich wiek na 1,2 – 1,0 mln lat. Jednak trzeci mamut, Czukoczja, jest bardziej podobny do mamuta włochatego (M. primigenius). Wiek tego okazu wynosi 0,8 - 0,5 miliona lat.

 

Materiał genetyczny Krestovka, Adycha i Czukczeja był znacznie bardziej uszkodzony niż próbki DNA mamutów z późnego plejstocenu. Niemniej jednak, stosując szereg nowych podejść, eksperci byli w stanie odtworzyć pełne genomy mitochondrialne wszystkich trzech osobników. Ponadto częściowo zrekonstruowali genomy jądrowe mamutów. W przypadku Krestovki naukowcy odtworzyli 49 milionów par zasad, Adycha - 884 miliony, a dla Czukcziego - 3,67 miliarda.

 

Stosując metodę zegara molekularnego do genomów mitochondrialnych trzech mamutów, van der Valk i jego współpracownicy określili ich wiek. Okazało się, że wszystkie okazy są starsze niż pierwotne szacunki. Krestovka żyła ok. 1,65 mln lat temu, Adycha - 1,34 mln lat temu, a Czukoczja - 0,87 mln lat temu. Analiza oparta na genomie jądrowym, którą specjaliści przeprowadzili dla Adycha i Czukczeja, wykazała podobne wyniki, tj. odpowiednio 1,28 i 0,62 mln lat. W ten sposób naukowcy wyodrębniki DNA z dwóch kopii starszych niż milion lat. Wcześniej nie było to możliwe nie tylko w przypadku mamutów, ale także innych zwierząt kopalnych.

 

Dzięki rekonstrukcji DNA zespół van der Valk ma okazję dowiedzieć się więcej o ewolucyjnej historii gatunku mamut. Porównując mitochondrialne i jądrowe DNA trzech osobników z wczesnego i środkowego plejstocenu z danymi genetycznymi osobników żyjących w późniejszych czasach, autorzy doszli do wniosku, że Adycha i Czukoczja należą do populacji, która dała początek wszystkim mamutom włochatym. Ale Krestovka żył jeszcze przed rozdzieleniem linii ewolucyjnych mamutów włochatych i mamutów północnoamerykańskich Kolumba (M. columbi), to znaczy przed pojawieniem się mamutów w Nowym Świecie. Najwyraźniej jego gałąź oddzieliła się od linii wszystkich innych mamutów między 2,66 a 1,78 miliona lat temu.

 

Wyniki analizy wskazują, że we wczesnym plejstocenie na wschodzie Syberii żyły co najmniej dwie izolowane populacje mamutów (być może były to nawet różne gatunki). Krestovka należała do jednego z nich, a druga, do której należała Adycha, stała się przodkiem mamutów włochatych. Naukowcy uważają, że mamuty północnoamerykańskie Columbus są wynikiem skrzyżowania tych dwóch populacji. Według ich obliczeń udział linii Krestovka wynosi 38 – 43 proc., a Adycha 57–62 proc.

 

Prawdopodobnie pierwszymi mamutami, które zasiedliły Amerykę Północną około 1,5 miliona lat temu, byli krewni Krestovki. Następnie, około 420 tysięcy lat temu, skrzyżowały się z mamutami włochatymi, co doprowadziło do pojawienia się mamutów Kolumba. Początkowy wkład obu populacji w genom gatunku hybrydowego był w przybliżeniu równy. Mamuty włochate później ponownie skrzyżowały się z mamutami.

 

Amy Columbus, przekazując ostatnie dodatkowe warianty genetyczne, które stanowiły około dwunastu procent genomu. W tym przypadku przepływ genów był jednokierunkowy i nie wpływał na mamuty włochate. Odkrycia są sprzeczne z popularną hipotezą, że mamuty Kolumba są potomkami mamutów południowych (M. meridionalis).

 

Dodatkowa analiza ujawniła więcej informacji na temat tego, jak mamuty włochate stały się ekspertami w przetrwaniu w zimnym klimacie. W tym celu autorzy wybrali zmiany genetyczne, które zaszły u mamutów z późnego plejstocenu w porównaniu do słoni azjatyckich i afrykańskich i wpłynęły na produkcję białek. Okazało się, że Adycha (bardziej przypominająca mamuta stepowego) i Czukczi (wczesny mamut włochaty) miały już większość wariantów genetycznych typowych dla mamutów włochatych późnego plejstocenu (ich udział wynosił odpowiednio 85,2 i 88,7 proc.).

 

Następnie van der Valk i jego współautorzy zbadali 91 wariantów genetycznych związanych z określonymi przystosowaniami mamutów włochatych do życia w Arktyce. Wśród nich są geny regulujące wzrost włosów, termoreceptory, gromadzenie się białego i brązowego tłuszczu oraz rytmy dobowe. Okazało się, że 87% takich genów występuje w genomie Adycha, a 89% w genomie Czukczego.

 

Zdaniem naukowców oznacza to, że mamuty stepowe, które żyły na Syberii, nabyły już długie włosy i inne fizjologiczne adaptacje. Nie znaleziono śladów szybkiej selekcji odpowiadającej przyspieszonej adaptacji do życia na północy w środkowym plejstocenie. Jednak analiza zmian w dobrze zbadanym genie TRPV3, który odpowiada za pracę termoreceptorów, rysuje bardziej złożony obraz. Z czterech podstawień aminokwasów charakterystycznych dla mamutów włochatych z późnego plejstocenu, tylko dwa znaleziono w Czukczji. Wskazuje to, że adaptacja tych stworzeń do życia na północy była procesem stopniowym i trwała przez setki tysięcy lat.

 

Mówiąc o mamutowym DNA, ludzie są przede wszystkim zainteresowani możliwością klonowania tych zwierząt. Na razie rodzą się pytania, czy jest to technicznie możliwe i czy jest to dopuszczalne z etycznego punktu widzenia.

 

Ocena: 

Nie ma jeszcze ocen



Skomentuj