Безупречная сохранность этих существ природой указывает на то, что нетронутые кусочки прошлого все еще могут существовать там.
Удивительно хорошо сохранившаяся и волосатая нога 39 000-летнего шерстистого мамонта по имени Юка является частью геномного исследования этого существа
Шерстистый мамонт возрастом 52 000 лет был безупречно сублимирован самой природой, а образцы его меха остались нетронутыми (что достаточно примечательно) и позволили глобальной команде ученых впервые реконструировать трехмерный геном этого существа.
Исследование о мамонтах , опубликованное в четверг в журнале Cell, вдохновляет на новый взгляд на образцы древней ДНК, которые могут содержать больше информации о прошлом, чем считалось ранее.
«Посмотрите на этого шерстистого мамонта. Это прекрасно», — сказал Эрез Либерман Эйден, автор исследования и профессор молекулярной и человеческой генетики в Медицинском колледже Бэйлора, где он руководит Центром архитектуры генома. «Волосы все еще на нем, и вы видите длинные участки кожи».
Авторы предполагают, что мамонт был найден в такой хорошей сохранности из-за сухих и холодных зим Сибири, где он был найден. В таких условиях мамонт, вероятно, вошел в обезвоженное состояние вскоре после смерти, что защитило его от колонизации грибами и бактериями.
Исследователи изучили небольшой образец кожи задней части уха мамонта. Увеличив масштаб волосяных фолликулов мамонта, которые ранее не визуализировались, авторы обнаружили, что клетки кожи остались нетронутыми. Увеличив масштаб, ученые обнаружили, что хромосомы в каждой клетке по-прежнему организованы в четкие территории, что дает экспертам представление о том, какие гены включались и выключались, пока мамонт был жив.
«Эта работа посвящена тому факту, что при определенных обстоятельствах древние образцы могут быть сохранены особым способом, о котором мы не знали», — сказала Ольга Дудченко, еще один автор исследования и доцент Медицинского колледжа Бэйлора.
Большинство древних образцов ДНК сильно фрагментированы, поскольку ДНК начинает разлагаться после смерти организма. Предыдущая работа показала, что древняя ДНК часто распадается на сегменты, состоящие менее чем из пары сотен пар оснований — строительных блоков всей ДНК. Для сравнения: геном человека состоит примерно из 3 миллиардов пар оснований, а геном мамонта — из более чем 4 миллиардов.
В результате большинство исследований древней ДНК основано на сопоставлении этих небольших фрагментов с существующим геномом, содержащим ДНК аналогичного животного. Хотя это одномерное секвенирование ДНК предоставило массу полезной информации, оно не дает ученым возможности уменьшить масштаб и получить трехмерное представление структуры генома.
«Зная структуру генома, вы можете выяснить, какие гены были активны у этого конкретного животного в момент его смерти, а какие гены были подавлены», — сказал Марк А. Марти-Реном, автор исследования и профессор Национальный центр геномного анализа в Барселоне.
Исследователи поняли, что, хотя древняя ДНК в их образце гигантского тела была фрагментирована в течение последних 52 тысячелетий, распространение фрагментов по клеткам кожи было относительно умеренным.
«Идея о том, что такие маленькие молекулы, как древние фрагменты ДНК, могут застревать на длительные периоды времени — поэтому геометрия может сохраниться десятки тысяч лет спустя — удивительна. Физически это замечательно», — сказал Эйден.
Авторы обнаружили аналогичную сохранность структуры хромосом у другого образца шерстистого мамонта: куска кожи 39 000-летнего мамонта по имени Юка, который считается одним из наиболее хорошо сохранившихся когда-либо обнаруженных мамонтов.
Авторы предположили, что расположение хромосом сохраняется благодаря процессу, известному как стеклование, при котором все компоненты материала застывают на месте при температуре ниже определенной температуры.
Стеклование – это то, что делает возможным хранение пищевых продуктов длительного хранения. Такие продукты, как хлопья и растворимый кофе, остаются в стеклообразном состоянии, что предотвращает разрушение их компонентов и позволяет им храниться дольше.
Авторы разработали новую технику под названием Paleo Hi-C, которая позволила им интерпретировать трехмерную структуру генома мамонта. Они обнаружили, что у мамонта было 28 пар хромосом, как и у его ближайшего родственника: слона.
Андерс Сейр Хансен, доцент кафедры биологической инженерии Массачусетского технологического института , не принимавший участия в исследовании, сказал, что выяснение того, как организовать фрагменты ДНК в полный геном, похоже на решение головоломки.
«У вас много маленьких кусочков головоломки, но как их сшить?» - сказал Хансен.
3D-геномика может дать представление о коробке-пазле. Методы 3D-секвенирования, такие как Paleo Hi-C, помогают исследователям собирать ДНК, принимая во внимание, где в клетке расположены фрагменты.
«Это позволяет вам гораздо лучше реконструировать геном с помощью вычислений», — сказал Хансен.
Используя информацию о том, где хромосомы расположены внутри клеток, авторы смогли определить гены, которые могут отвечать за различия между мамонтом и слоном, а именно гены, которые приводят к росту волос и способности мамонта сохранять тепло в холодной среде.
Помимо развития области геномики, результаты исследования в четверг могут сыграть роль в усилиях по сохранению животных.
«Чтобы оценить, насколько плохо или хорошо виды чувствуют себя с точки зрения генетического разнообразия и их общего генетического здоровья, важно понять… что для них «естественно», — сказала Патрисия Хшанова Печнерова, доцент кафедры эволюционной генетики в Университете. Копенгагена, который не принимал участия в исследовании.
«Если мы хотим понять, что является естественным, нам нужно вернуться в прошлое», — сказала Печнерова. «Мы должны изучить, как этот вид и как выглядела популяция до того, как, например, люди начали активно охотиться на него или до того, как произошло изменение климата».
Эриона Хисолли, руководитель отдела биологических наук в Colossal Biosciences — компании, работающей над возвращением разновидности шерстистого мамонта в Арктику, — сказала, что трехмерные структуры хромосом, которые обнаружили авторы, «могут выявить особенности генома, которые могут иметь отношение к возрождению мамонта». ».
Авторы заявили, что надеются, что их работа вдохновит на аналогичные исследования других обезвоженных тканей, в том числе высушенных горячим воздухом естественным путем или намеренно мумифицированных.
Это исследование является «хорошей новостью для истории жизни на Земле, а именно того, что она все еще существует», сказал Эйден.
