Ученые успешно восстановили самую старую ДНК в истории мамонта возрастом 1,2 миллиона лет

Биологи реконструировали древнюю ДНК трех мамонтов из сибирской вечной мерзлоты. Возраст двух особей превышает миллион лет, что делает их самым древним генетическим материалом из когда-либо обнаруженных. Исследование, которое опубликовано в журнале Природа, раскрыли ранее неизвестные подробности эволюции мамонтов.

Например, оказалось, что две независимые популяции этих травоядных обитали в раннем плейстоцене на востоке Сибири, а североамериканские мамонты Колумба произошли от гибридов этих эволюционных линий. Кроме того, ученые выяснили, что более миллиона лет назад предки шерстистых мамонтов прошли несколько этапов адаптации к жизни в холодном климате.

Благодаря современным технологиям специалисты смогли извлечь и проанализировать ДНК из останков давно умерших живых существ со всего мира. Однако существующие методы имеют ограничения: считается, что через 2–2,6 миллиона лет древняя ДНК становится настолько фрагментированной, что восстановить ее целостность уже невозможно. Более того, самые старые генетические образцы, доступные для изучения, намного моложе этого теоретического предела. До сих пор древняя запись принадлежал к ДНК лошади возрастом 780-560 тысяч лет.

Из-за нехватки образцов ДНК, возраст которых приближается к миллиону лет, реконструкция эволюционной истории многих видов остается проблематичной. Например, различные виды мамонтов (Маммутус первобытный) населяли Евразию и Северную Америку 2,5 миллиона лет назад, но связь между ними изучена недостаточно.

Самая старая ДНК мамонта на сегодняшний день

Чтобы узнать больше об эволюции мамонтов, группа под руководством Тома ван дер Валка из Центра палеогенетики в Стокгольме попыталась извлечь ДНК из коренных зубов трех особей, которые жили в раннем и среднем плейстоцене и были обнаружены в вечной мерзлоте на северо-востоке страны. Сибирь.

Два экземпляра, получившие прозвище Крестовка и Адыча (в честь рек, у которых были сделаны находки), напоминают степных мамонтов (M. trogontherii) по строению, а специалисты оценивают их возраст в 1,2-1,0 млн лет. Однако третий мамонт — Чукочья — больше похож на шерстистого мамонта (M. primigenius). Возраст этого экземпляра 0,8-0,5 миллиона лет.

Генетический материал Крестовки, Адычи и Чукочи был поврежден гораздо сильнее, чем образцы ДНК мамонтов из позднего плейстоцена. Тем не менее, используя ряд новых подходов, авторам удалось восстановить полные митохондриальные геномы всех трех человек.

Кроме того, они частично реконструировали ядерные геномы мамонтов. Для Крестовки ученые восстановили 49 миллионов пар оснований, для Адычи — 884 миллиона, а для чукчей — 3,67 миллиарда.

Применив метод молекулярных часов к митохондриальным геномам трех мамонтов, ван дер Валк и его коллеги смогли определить их возраст. Оказалось, что все экземпляры старше первоначальных оценок: Крестовка жила около 1,65 миллиона лет назад, Адыча — 1,34 миллиона лет назад, Чукочья — 0,87 миллиона лет назад.

Благодаря реконструкции ДНК команда ван дер Валка получила возможность узнать больше об эволюционной истории рода мамонтов. Сравнивая митохондриальную и ядерную ДНК трех особей раннего и среднего плейстоцена с генетическими данными образцов, живших в более позднее время, авторы пришли к выводу, что Адыча и Чукочья принадлежали к той популяции, которая дала начало всем шерстистым мамонтам.

Крестовка же жила еще до разделения эволюционных линий шерстистых мамонтов и североамериканских мамонтов, то есть до появления мамонтов в Новом Свете. Судя по всему, его ветвь отделилась от линий всех других мамонтов между 2,66 и 1,78 миллиона лет назад.

Результаты анализа указывают на то, что в раннем плейстоцене на востоке Сибири обитало как минимум две изолированные популяции мамонтов (возможно, они были даже разными видами). Крестовка принадлежала одному из них, а другая, которой принадлежала Адыча, стала прародительницей шерстистых мамонтов.

Как появилась североамериканская линия мамонтов?

Исследователи считают, что североамериканские мамонты Колумба являются результатом скрещивания этих двух популяций. По их подсчетам, вклад Крестовской линии составляет 38-43 процента, а Адычинской линии — 57-62 процента.

Вероятно, первые мамонты, заселившие Северную Америку около 1,5 миллиона лет назад, были родственниками Крестовки. Затем, около 420 тысяч лет назад, их скрестили с шерстистыми мамонтами, что привело к появлению мамонтов Колумба. Первоначальный вклад обеих популяций в геном гибридного вида был примерно равным.

Позже шерстистые мамонты снова скрещивались с мамонтами Колумба, передав последним дополнительные генетические варианты, составлявшие около двенадцати процентов генома. В этом случае поток генов был однонаправленным и не затрагивал шерстистых мамонтов. Полученные результаты противоречат популярной гипотезе о том, что мамонты Колумба произошли напрямую от южных мамонтов (М. Юг).

Как шерстистые мамонты приспособились к холодному климату?

Дополнительный анализ позволил узнать больше о том, как шерстистые мамонты стали специалистами по выживанию в холодном климате. Для этого авторы выбрали генетические изменения, которые произошли у мамонтов позднего плейстоцена по сравнению с азиатскими и африканскими слонами и повлияли на производство белков.

Оказалось, что адыча (больше напоминающая степного мамонта) и чукочья (ранний шерстистый мамонт) уже имели большинство генетических вариантов, характерных для шерстистых мамонтов позднего плейстоцена (их доля составляла 85,2 и 88,7% соответственно).

Затем ван дер Валк и его соавторы изучили 91 генетический вариант, связанный со специфической адаптацией шерстистых мамонтов к жизни в Арктике. Среди них гены, регулирующие рост волос, терморецепторы, накопление белого и коричневого жира и циркадные ритмы.

Выяснилось, что 87 процентов таких генов присутствуют в геноме адыча, а 89 процентов — в геноме Чукоча. По мнению исследователей, это означает, что степные мамонты, обитающие в Сибири, уже приобрели длинные волосы и некоторые другие физиологические приспособления. Никаких следов быстрого отбора, который соответствовал бы ускоренным приспособлениям к жизни на севере в среднем плейстоцене, не обнаружено.

Однако анализ изменений в хорошо изученных TRPV3 Ген, отвечающий за работу терморецепторов, рисует более сложную картину. Из четырех аминокислотных замен, характерных для шерстистых мамонтов позднего плейстоцена, только две обнаружены на Чукочье. Это свидетельствует о том, что приспособление к жизни на севере происходило постепенно и продолжалось сотни тысяч лет.

При упоминании ДНК мамонта людей в первую очередь интересует возможность клонировать этих животных. Ученые работали над этой возможностью в течение десятилетий с единственной целью — возродить эти древние виды.