Vědci sekvenovali DNA více jak milion a půl let starého mamuta

17/06/2022 Iveta Mauci 5 min read 269 Zobrazení DNA, mamut, Sibiř

Milion let starý genom je tady. Mamutí zuby uchované ve východním sibiřském permafrostu vytvořily nejstarší historickou DNA, která byla zaznamenána, čímž posunula technologii blízko, ale možná ne za, svým limitům. Genomická DNA extrahovaná z trojice vzorků zubů vykopaných v 70. letech 20. století identifikovala nový druh mamuta, který dal vzniknout pozdějšímu severoamerickému druhu. Zjištění byla zveřejněna na serveru Nature.

„Miluji papír.“ Na ten článek jsem čekal už osm let,“ říká Ludovic Orlando, specialista na starou DNA z Centra pro antropobiologii a genomiku v Toulouse ve Francii, který v roce 2013 vedl úsilí, které sekvenovalo předchozí nejstarší starověká DNA — genom z kosti koňské nohy staré 560 000 až 780 000 let. „Jsem rád, že jsem přišel o tuto desku, protože to bylo těžké,“ říká.

Vědci předpokládali, že starověká DNA by mohla přežít více než jeden milion let, pokud by byl nalezen správný vzorek. Jakmile organismus zemře, jeho chromozomy se roztříští na kousky, které se časem zkracují. Nakonec se vlákna DNA stanou tak malými, že – i když je lze extrahovat – ztratí svůj informační obsah.

Orlandův tým zjistil, že fragmenty dlouhé až 25 písmen DNA v jejich koňské kosti z kanadského teritoria Yukon lze stále interpretovat. Odhadli, že miliony let staré pozůstatky uchované v neustálém chladu permafrostu – který zpomaluje fragmentaci DNA – by také měly obsahovat fragmenty DNA této délky. „Moje jediná pochybnost: existuje takový vzorek?“ říká Orlando.

Desetiletý sen

Love Dalén, evoluční genetik ze Švédského přírodovědného muzea (SMNH) ve Stockholmu, se potácel s myšlenkou sekvenovat velmi staré pozůstatky mamutů od chvíle, kdy se poprvé setkal s jejich sbírkou v roce 2007. Vzorky, které jeho tým sekvenoval, jeden z raného vlněného mamuta (Mammuthus primigenius ) a dva přiřazené k předchůdci známému jako stepní mamuti (Mammuthus trogontherii ), vykopal ruský paleontolog Andrej Šer.

Dalén doufal, že DNA ze vzorků dokáže zachytit vývoj vlněných mamutů a dalších druhů v akci, ale byl skeptický kvůli předchozím špatným zkušenostem s mnohem mladšími pozůstatky nalezenými v permafrostu. „Není to tak, že všechno, co se nachází v permafrostu, vždy funguje.“ Naprostá většina vzorků má špatnou DNA,“ říká.

A skutečně, dva ze tří mamutích molárů ze Sherových vykopávek, získaných ze sedimentů starých více než jeden milion let, obsahovaly tak málo DNA, že Dalén říká, že by je vyřadil, kdyby byly mladší.

Ale díky pokrokům v technologii sekvenování a bioinformatice se jeho týmu podařilo získat 49 milionů párů bází jaderné DNA z nejstaršího vzorku nalezeného poblíž vesnice Krestovka a 884 milionů párů bází z jiného zubu, zvaného Adycha. Analýza DNA naznačovala, že vzorek Krestovky byl starý 1,65 milionu let a vzorek Adycha kolem 1,3 milionu (viz ‚Starověké genomy‘). Třetí vzorek, 600 000 let starý vlněný mamutí zub zvaný Chukochya, produkoval téměř 3,7 miliardy párů bází DNA, což je více než délka jeho genomu 3,1 miliardy párů bází.

Podle jejich tvaru dva nejstarší zuby vypadaly, jako by patřily stepním mamutům, evropskému druhu, o kterém si vědci myslí, že předcházel mamutům vlněným a kolumbijským mamutům (Mammuthus columbi ), severoamerickému druhu. Jejich genomy ale vykreslovaly složitější obrázek. Exemplář Adycha byl součástí linie, která dala vzniknout vlněným mamutům, ale exemplář Krestovka zjevně nebyl.

Dalénův tým zjistil, že patří ke zcela nové linii. „Nemůžeme říct, že je to jiný druh, ale určitě to tak vypadá,“ říká. Ačkoli vzorek Krestovky pochází z Ruska, má podezření, že se linie izolovala od jiných stepních mamutů v Severní Americe. Tým zjistil, že kolumbijští mamuti vystopovali polovinu jejich předků k mamutovi rodu Krestovka a druhou polovinu k mamutům. Dalén odhaduje, že se tyto dvě linie smísily před více než 420 000 lety.

Myšlenka, že nové druhy se mohou tvořit míšením – a nejen oddělením od jednoho rodičovského druhu – se mezi evolučními biology prosazuje. Ale toto je první důkaz „hybridní speciace“ ze starověké DNA, říká Orlando. „To je úžasné.“

Hendrik Poinar, specialista na starověkou DNA z McMaster University v Hamiltonu v Kanadě, říká, že různé druhy mamutů pravděpodobně běžně hybridizovaly, když je ledová expanze spojila. Jeho tým našel důkazy, že pozdější mamuti srstnaté a kolumbijské se občas křížily.

Budoucnost starověké DNA

Přestože vědci dlouho očekávali genom starý milion let, překročení této hranice je důležité, říká Viviane Slon, paleogenetik z Tel Avivské univerzity v Izraeli. „Je rozdíl mezi tím, co si myslíme, že je možné, a tím, co to skutečně ukazujeme.“

Tom van der Valk, bioinformatik z University of Uppsala ve Švédsku, který vedl práci na mamutích zubech s evolučními biology Patrícií Pečnerovou a Davidem Díez-del-Molinem v SMNH, doufá, že to povzbudí další laboratoře. „Je to symbolická bariéra, která, jak doufám, může inspirovat a motivovat další skupiny, které mají představy o opravdu hlubokém sekvenování.“

Překročením prahu milionu let by výzkumníci starověké DNA mohli mít přístup k rané historii jiných velkých i malých savců, říká Dalén. Velmi staré vzorky permafrostu pižmoňů, losů a lumíků jsou nyní na radaru jeho laboratoře.

Mamutí DNA nepředstavuje nejstarší biomolekulární informaci z fosilního záznamu. V roce 2016 vědci oznámili proteinové sekvence z 3,8 milionu let starých skořápek pštrosích vajec z Tanzanie ³ a v roce 2019 jiný tým dekódoval proteiny ze zubu nosorožce starého 1,77 milionu let z Gruzie ⁴ . Proteinové sekvence mají tendenci být mnohem méně informativní o původu organismu než DNA. Ale proteinové molekuly jsou mnohem odolnější, takže je vědci mohou použít k získání poznatků z velmi starých fosilií nalezených v místech bez permafrostu. Vzorky pštrosa a nosorožce pocházejí z archeologických nalezišť známých pozůstatky homininů.

Šance, že se v permafrostu najdou miliony let staré pozůstatky dávných lidských příbuzných, jsou podle vědců velmi nízké. Ale Dalén si myslí, že správné prostředí, jako je hluboká jeskyně, by mohlo poskytnout vzorky tak staré. Pozůstatky raného neandertálce ze španělské jeskyně datované do doby před 430 000 lety představují nejstarší dosud objevenou DNA od dávného lidského příbuzného ⁵ . „Najít hominina v tak ideálním prostředí pro uchování, jakým je permafrost, by byl sen,“ říká Slon.

Pokud jde o pravděpodobnou věkovou hranici starověké DNA, Dalén říká, že ji lze snadno určit: „2,6 milionu let. To je hranice permafrostu. Předtím bylo příliš teplo.“

Zdroj: nature.com