Dodano: 18 lutego 2021r.

Zsekwencjonowano najstarsze DNA w historii. Pochodzi od mamuta żyjącego 1,2 mln lat temu

Międzynarodowy zespół naukowców zsekwencjonował DNA pochodzące z zębów mamutów żyjących ponad milion lat temu. To najstarsze DNA, jakie kiedykolwiek udało się odzyskać. Ten niesamowity wyczyn nie tylko przekracza granice dotychczasowych możliwości metod naukowych, ale ujawnia również nieznaną dotąd linię mamutów.

Zsekwencjonowano najstarsze DNA w historii. Pochodzi od mamuta żyjącego 1,2 mln lat temu

 

Z zębów trzech starożytnych mamutów, które wędrowały po Syberii między 700 000 a 1,2 miliona lat temu, naukowcy wyodrębnili skrajnie zdegradowane DNA i poskładali je z powrotem. Artykuł opisujący badania, którymi kierowali naukowcy z Centrum Paleogenetyki w Sztokholmie, ukazał się na łamach czasopisma „Nature”.

Pradawne DNA

- Uwielbiam ten artykuł. Czekałem na niego osiem lat - mówi Ludovic Orlando, specjalista od starożytnego DNA w Centre for Anthropobiology and Genomics w Tuluzie we Francji. Orlando w 2013 roku kierował zespołem naukowców, do którego należał poprzedni rekord w sekwencjonowaniu najstarszego DNA. Pozyskano je ze znalezionej w północnej części Kanady kości nogi konia żyjącego między 560 a 780 tys. lat temu.

Materiał genetyczny rozkłada się stosunkowo szybko w większości środowisk. Jednak DNA wydobyte z pozostałości zwierząt zakopanych w wieloletniej zmarzlinie może przetrwać długo. Ostry mróz spowalnia degradację chemiczną materiału genetycznego. Uczeni już wcześniej podejrzewali, że gdyby udało się znaleźć odpowiednią próbkę, to można by zsekwencjonować naprawdę stare DNA, pochodzące od istot żyjących nawet przed milionem lat.

DNA przechowuje informacje w czterech kluczowych związkach - guaninie, cytozynie, adeninie i tyminie, powszechnie nazywanych odpowiednio G, C, A i T. W materiale tym są zakodowane wszystkie informacje, które czynią organizmy żywe tym, czym są. Informacje te są „napisane” alfabetem składającym się z zaledwie czterech liter. Zespół Orlando podczas badań na końską nogą odkrył, że z powodzeniem można interpretować fragmenty mające zaledwie 25 takich liter DNA. Uczeni oszacowali, że szczątki liczące milion lat zachowane w ciągłym mrozie wieloletniej zmarzliny - co spowalnia fragmentację DNA - również powinny zawierać fragmenty DNA o tej długości. - Moją jedyną wątpliwością było to, czy taka próbka w ogóle istnieje - mówi Orlando.

Trzy zęby mamutów

Love Dalén, genetyk ewolucyjny ze Szwedzkiego Muzeum Historii Naturalnej (SMNH) w Sztokholmie, zastanawiał się nad pomysłem sekwencjonowania bardzo starych zębów mamuta, odkąd po raz pierwszy natknął się na ich kolekcję w 2007 roku. Próbki te, jak wcześniej ustalił inny zespół naukowców, pochodziły od mamuta włochatego (Mammuthus primigenius) i dwóch jego przodków znanych jako mamut stepowy (Mammuthus trogontherii).

Dalén miał nadzieję, że w DNA z próbek można będzie zobaczyć ewolucję mamutów, ale był sceptyczny z powodu wcześniejszych złych doświadczeń z dużo młodszymi próbkami znalezionymi również w zamarzniętych ziemiach Syberii. - To nie tak, że wszystko, co znajduje się w wiecznej zmarzlinie, zawsze jest doskonale zachowaną próbką. Zdecydowana większość z nich nie nadaje się do niczego – przyznaje.

I rzeczywiście, dwa z trzech zębów trzonowych mamutów, wydobyte z osadów sprzed ponad miliona lat, zawierały tak mało DNA, że gdyby były młodsze, zostałyby odrzucone. Ale dzięki postępowi w technologii sekwencjonowania i bioinformatyce jego zespołowi udało się uzyskać 49 milionów par zasad jądrowego DNA z najstarszej próbki pochodzącej z okolic wsi Krestovka, 884 milionów par zasad z drugiego zęba wydobytego w pobliżu rzeki Adycza w Jakucji i 3,7 par zasad z najmłodszej próbki.

Wiek okazów został wcześniej określony na podstawie danych geologicznych - właściwości materiałów magnetycznych znajdujących się w otaczających znalezisko skałach – oraz na podstawie szczątków różnych gatunków gryzoni znalezionych w tym samym miejscu. Oba te rodzaje analiz wykazały, że najstarszy okaz ma około 1,2 mln lat. Drugi pod tym względem ząb jest o około 200 tys. lat młodszy, Trzeci ząb pochodzi od mamuta włochatego, który przemierzał pradawną Syberię około 700 tys. lat temu.

Nieznana linia mamuta

Naukowcy wcześniej sugerowali, że dwa najstarsze zęby wyglądają, jakby należały do ​​mamuta stepowego, gatunku, który według naukowców był starszym kuzynek mamutów włochatych i kolumbijskich (Mammuthus columbi), gatunku z Ameryki Północnej. Ale zsekwencjonowany materiał genetyczny pokazał bardziej skomplikowany obraz. Okaz z rzeki Adycza należy do linii, która dała początek mamutom włochatym, ale ten ze wsi Krestovka należy do zupełnie nowej, nieznanej dotąd linii.

- Wygląda to na inny gatunek – przyznaje Dalén. Chociaż próbka pochodzi z Rosji, uczony podejrzewa, że ​​linia ta została wyizolowana od innych mamutów stepowych w Ameryce Północnej. Uczeni w trakcie badań ustalili, że mamuty kolumbijskie po części wywodzą się z linii mamutów, którego szczątki znaleziono w pobliżu wsi Krestovka, a po części od mamutów włochatych. Dalén szacuje, że obie linie wymieszały się ponad 420 tys. lat temu.

Przyszłe badania

Chociaż naukowcy od dawna spodziewali się zsekwencjonowania genomu liczącego milion lat, to przekroczenie tego progu jest niezwykle istotne. - Jest różnica między tym, co uważamy za możliwe, a tym, co faktycznie udało nam się uzyskać - mówi Viviane Slon, paleogenetyk z Uniwersytetu w Tel Awiwie w Izraelu.

Przekraczając próg miliona lat, badacze starożytnego DNA mogą uzyskać dostęp do wczesnej historii innych ssaków, dużych i małych. Uczeni z zespołu Daléna mają obecnie na radarze bardzo stare próbki wołów piżmowych, łosi i lemingów wydobyte z Syberyjskiej zmarzliny.

Zsekwencjonowane DNA mamuta nie reprezentuje najstarszej informacji biomolekularnej pozyskanej z zapisu kopalnego. W 2016 roku naukowcy poinformowali o ustaleniu sekwencji aminokwasów fragmentów skorupek strusich jaj sprzed 3,8 mln lat znalezionych w Tanzanii. W 2019 roku inny zespół badaczy ustalił sekwencję aminokwasów z zęba nosorożca odkrytego Gruzji, liczącego 1,77 miliona lat.

Sekwencjonowanie białek nie jest tak szczegółowe jak sekwencjonowanie DNA, ale białka są znacznie bardziej trwałe, więc naukowcy mogą je wykorzystać do uzyskania informacji z bardzo starych skamieniałości znalezionych w miejscach, w których nie ma wieloletniej zmarzliny. Próbki strusia i nosorożca pochodzą ze stanowisk archeologicznych, w których znaleziono też szczątków homininów.

Naukowcy twierdzą, że szanse na znalezienie w zmarzlinie szczątków starożytnych krewnych człowieka sprzed milionów lat są bardzo małe. Jednak Dalén uważa, że próbki wcale nie muszą pochodzić ze zmarzliny. Według niego odpowiednie środowisko zapewniłaby także chociażby głęboka i zimna jaskinia. Jeśli chodzi o prawdopodobną granicę wieku próbek pozyskanych ze zmarzliny, z których dałoby się sekwencjonować starożytne DNA, Dalén przyznaje, że to łatwe do określenia. - To 2,6 miliona lat. To jest granica wiecznej zmarzliny. Wcześniej było za ciepło – ocenia badacz.

 

Źródło: Nature, Science, fot. Beth Zaiken/CPG