Naukowcy zsekwencjonowali najstarsze DNA w historii

Naukowcy ze szwedzkiego Centrum Paleogenetyki zsekwencjonowali DNA pochodzące z zębów mamutów, które wędrowały po północno-wschodniej Syberii ponad milion lat temu. To najstarsze DNA, jakie kiedykolwiek udało się odzyskać, poprzednie datowano na 560-780 tys. lat. Znalezisko ujawnia nieznaną dotąd linię mamutów, ponadto przekracza granice dotychczasowych możliwości metod naukowych.

Naukowcy wyodrębnili z zębów trzech starożytnych mamutów zdegradowane DNA i poskładali je na nowo. Zwierzęta wędrowały po Syberii między 700 000 a 1,2 miliona lat temu. Materiał genetyczny rozkłada się stosunkowo szybko w większości środowisk, jednak ostry mróz spowalnia jego degradację chemiczną. Badacze podejrzewali, że starożytne DNA może przetrwać ponad milion lat, jeśli uda się znaleźć odpowiednią próbkę. Gdy organizm umiera, jego chromosom rozpada się na kawałki, które z czasem stają się coraz krótsze. W końcu nici stają się tak małe, że tracą wartość, z której można odczytać informacje. Zespół Orlando podczas badań na końską nogą odkrył, że z powodzeniem można interpretować fragmenty mające zaledwie 25 liter DNA. Oszacowali oni także, że szczątki liczące milion lat, zachowane w ciągłym mrozie wieloletniej zmarzliny, co spowalnia fragmentację DNA, również powinny zawierać fragmenty DNA o tej długości.

Love Dalén, genetyk ewolucyjny ze Szwedzkiego Muzeum Historii Naturalnej w Sztokholmie, zastanawiał się nad pomysłem sekwencjonowania bardzo starych szczątków mamuta, odkąd po raz pierwszy natknął się na nie w 2007 roku. Próbki te wydobyte przez rosyjskiego paleontologa Andrei Sher pochodziły od wczesnego mamuta włochatego - Mammuthus primigenius - i dwóch przypisanych do prekursora znanego jako mamut stepowy - Mammuthus trogontherii. Dalén miał nadzieję, że DNA z próbek może uchwycić ewolucję mamutów włochatych i innych gatunków, ale był sceptyczny z powodu wcześniejszych złych doświadczeń z dużo młodszymi szczątkami znalezionymi w wiecznej zmarzlinie. Zdecydowana większość z nich nie nadaje się do niczego.

Jednak dzięki postępowi w technologii sekwencjonowania i bioinformatyce, zespołowi Daléna udało się uzyskać 49 milionów par zasad jądrowego DNA z najstarszej próbki, która ma około 1,2 mln lat. Została znaleziona w pobliżu wsi Krestovka. Z drugiego zęba - Adycha, wydobytego w pobliżu rzeki w Jakucji, naukowcy uzyskali 884 milionów par zasad i jest on młodszy od pierwszego o 200 tys. lat. Natomiast trzecia próbka, która ma 600 000 lat, wyprodukowała prawie 3,7 miliarda par zasad DNA. 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. 

Z ich kształtu wynika, że ​​dwa najstarsze zęby wyglądały tak, jakby należały do ​​mamuta stepowego. Naukowcy twierdzą, że starsze od niego były jedynie mamuty włochate i mamuty kolumbijskie - Mammuthus columbi, pochodzące z Ameryki Północnej, ale ich genomy stworzyły bardziej skomplikowany obraz. Okaz Adycha należał do rodu, który dał początek mamutom włochatym, natomiast okaz ze wsi Krestovka jest nieznany.

Chociaż próbka Krestovka pochodzi z Rosji, Dalén podejrzewa, że ​​linia została odizolowana od innych mamutów stepowych w Ameryce Północnej. Zespół naukowy ustalił, że mamuty kolumbijskie w połowie wywodzą się z linii mamutów, których szczątki odkryto w pobliżu wsi Krestovka, a w drugiej z mamutami włochatymi. Dalén szacuje, że oba rody wymieszały się ponad 420 000 lat temu.

Pomysł, że nowe gatunki mogą powstawać poprzez mieszanie zyskuje na popularności wśród biologów ewolucyjnych. Hendrik Poinar, specjalista od starożytnego DNA z McMaster University w Hamilton w Kanadzie, mówi, że różne gatunki mamutów prawdopodobnie rutynowo się hybrydyzowały, gdy połączyła je ekspansja lodowcowa. Jego zespół znalazł dowody na to, że później mamuty włochate i kolumbijskie sporadycznie się krzyżowały.

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 wydobytych z syberyjskiej zmarzliny. DNA mamuta nie reprezentuje najstarszej informacji biomolekularnej pozyskanej z zapisu kopalnego. W 2016 roku naukowcy zgłosili ustalenie sekwencji aminokwasów fragmentów skorupek strusich jaj sprzed 3,8 mln lat z Tanzanii, a w 2019 roku inny zespół badaczy ustalił sekwencję aminokwasów z zęba nosorożca odkrytego w Gruzji, liczącego 1,77 miliona lat. Próbki strusia i nosorożca pochodzą ze stanowisk archeologicznych, w których znaleziono też szczątki hominidów.

Jeśli chodzi o prawdopodobną granicę najstarszego starożytnego DNA, Dalén twierdzi, że jest to 2,6 miliona lat. 

Źródło:Nature