Zsekwencjonowaliśmy najstarsze w historii DNA mamutów liczące milion lat

Reklama

sob., 03/06/2021 - 10:16 -- MagdalenaL

Mamuty w większości kojarzą się z kultowym wizerunkiem przedstawionym w ostatniej Epoce Lodowcowej, która zakończyła się około 12 tysięcy lat temu. Miejsce pochodzenia tych zwierząt to Afryka. Narodziły się tam około 5 milionów lat temu, a następnie rozeszły się i zróżnicowały po całej Eurazji i Ameryce Północnej.

Około miliona lat temu znano tylko jeden gatunek mamutów – mamut stepowy, zamieszkujący Syberię. Uważany jest za przodka późniejszych gatunków takich jak mamut włochaty i mamut kolumbijski. Czy, aby na pewno?

Najnowsze badanie pokazuje, iż DNA mamuta liczącego 1,2 miliona lat można odzyskać ze szczątków znalezionych w obszarach wiecznej zmarzliny. Poprzez ułożenie materiału genetycznego, zbadanie jego informacji genetycznej, odkryliśmy między innymi ród mamutów hybrydowego pochodzenia, który nigdy wcześniej nie został opisany.

Zsekwencjonowanie DNA mamuta liczącego milion lat

W 2017 roku, otrzymaliśmy próbki materiału genetycznego z zębów niezwykle starego mamuta, który zamarzł w syberyjskiej wiecznej zmarzlinie. Kilka dni później, nasza współpracownica Patrícia Pečnerováudała się do laboratorium z jasnym celem – wyselekcjonować DNA jednego z najstarszych mamutów. I podołała swojemu zadaniu.

Kilka dni później mieliśmy przed sobą milion sekwencji DNA, które bez dwóch zdań pasowały do genomu afrykańskiego sawannowego słonia, będącego stałym elementem naszej układanki sekwencjonowania genomu każdego mamuta. Pečnerováutworzyła i pokazała nam drzewo filogenetyczne –coś na zasadzie drzewa genealogicznego mamutów. Nie był to szczyt szczęścia, lecz blisko.

Wiele czasu zajęło, aby upewnić się, że te sekwencje DNA rzeczywiście należały do starych mamutów. Na przykład, starożytne DNA ma charakterystyczny schemat chemicznego uszkodzenia. Mimo że może to przysporzyć problemów podczas przeprowadzania analiz, może również pomóc odróżnić prawdziwe starożytne DNA od nowoczesnych substancji skażających, które nie mają w sobie żadnego schematu. Sekwencja materiału genetycznego naszego mamuta pokazała spodziewany wzór.

Sekwencje DNA miały również kolejną cechę charakterystyczną historycznych DNA –były bardzo rozproszone. Zamiast długich sekwencji, tak jak w przypadki młodych, lepiej chronionych próbek wieczną zmarzliną, otrzymaliśmy tylko te krótkie.

To przysporzyło nam kolejnego problemu, ponieważ krótsze sekwencje są trudne do prawidłowego rozmieszczenia ich pozycji w genomie. Dodatkowo, łatwo je pomylić ze skażeniem. Aby tego uniknąć, musieliśmy odrzucić sekwencje poniżej konkretnej długości, co było bolesne, lecz konieczne.

Zagubione rody i hybrydowe korzenie

Próbowaliśmy umieścić nasze próbki w każdym znanym nam gatunku mamutów. Nasze wyniki jasno wskazały liczącego 1,1 miliona lat okaz, przodka mamuta włochatego, którego nazwaliśmy Adycha. Jednak umieszczenie próbki innego rodu, istniejącego około 1,2 miliona lat temu, którą nazwaliśmy Krestovka, było o wiele trudniejsze. Chwilami przypominał nam mamuta kolumbijskiego, a czasami mamuta włochatego

Wiele analiz genetycznych zostało przeprowadzonych, odbytych godzin dyskusji i rysowania na tablicy, aby w końcu odnaleźć przyczynę. Mamut kolumbijski miał pochodzenie hybrydowe, i nie tylko jedną linię przodków, a dwie.

Dzięki  naszym  wynikom mogliśmy wyobrazić sobie, że mniej więcej połowa przodków mamuta kolumbijskiego zostawiła swój ślad w linii rodowej Krestovka, a druga połowa prowadziła do linii mamuta włochatego.

I  w  końcu,  można  było  wyjaśnić  długotrwałą  zagadkę  dotyczącą mamutów. Dlaczego wszystkie mamuty kolumbijskie zbadane do tej pory, miały genomy mitochondrialne – informacje genetyczne w całości odziedziczone po samicy – blisko spokrewnione z mamutami włochatymi. Teraz uważamy, że  mamuty  kolumbijskie  zapewne otrzymały  mitochondria  przez  rozmnażanie  się  z  samicami mamutów włochatych.

Ewolucja złapana na gorącym uczynku

Jeśli  mielibyśmy  zapytać, co czyni  mamuta  włochatego  mamutem  włochatym,  większość  ludzi pomyślałaby o ich  puszystym  futrze. Jednak  ten  gatunek  ma o  wiele  więcej  wspólnego  z środowiskiem arktycznym niż tylko futro, np. zwiększone złogi tłuszczu, większą tolerancję na niskie temperatury, zmodyfikowany rytm dobowy i inne. Obserwowaliśmy jak wiele z tych cech mogliśmy znaleźć wcześniej, więcej niż milion lat temu. Ku zdziwieniu, odkryliśmy, że większość tych czynników były już obecne w rodzie Adycha.

Uważamy, że to badanie może mieć duże znaczenie w dziedzinie ewolucji gatunków. Postawiono otwarte pytanie w biologii ewolucyjnej, czy tempo adaptacji jest przyspieszone w czasie powstawania gatunków –kiedy to populacje stają się oddzielnymi gatunkami – czy jest to proces stopniowy

Zebrane  dane  potwierdzają drugą opcję, gdzie dowody na szybszą selekcję naturalną działającą podczas  narodzin  mamuta  włochatego,  nie  istnieją. A większość cech charakterystycznych dotyczących adaptacji mamuta włochatego była już obecna u jego przodków, które żyły na stepie syberyjskim ponad milion lat temu.

Czy są ograniczenia?

Dotychczas, najstarsze zsekwencjonowane DNA należało do konia datowanego na okres od 560 tysięcy do 780 tysięcy lat, odzyskanego z wiecznej zmarzliny Thistle Creek w Jukonie, w Kanadzie.

Nasz milion letni  mamut dzielił  ważną cechę z koniem Thistle Creek. Przebywali   w  strefie temperatury poniżej zera. DNA, które zamarzło w momencie śmierci, lub wkrótce potem degradacja cząsteczek DNA w szczątkach zwierzęcia została spowolniona przez setki tysięcy lat, aż do momentu gdy ich nie odzyskaliśmy i zsekwencjonowaliśmy.

Uważamy, że materiał, który został zachowany dzięki wiecznej zmarzlinie daje możliwości odkrycia nawet starszego DNA. Jednak, najstarsze zasoby wiecznej zmarzliny, sięgające okresu wczesnego plejstocenu około 2,6 miliona lat temu, niestety, mogą stanowić górną granicę możliwości.

Autor: 
Daniel Łęgowski
Źródło: 

theconversation.com

Reklama