Генетики вперше реконструювали хромосоми мамонта

Дослідникам вперше вдалося реконструювати не просто послідовність генетичного коду, а цілі хромосоми вимерлого мамонта. Попри вік зразків у 52 тисячі років виявлення хромосом уможливила чудова збереженість тканин мамонта: у зразках залишились не лише фрагменти ДНК, як буває зазвичай, а й навіть її тривимірні структури. Вчені стверджують, що такий підхід можна застосувати й при вивченнях геному інших вимерлих тварин, щоб краще зрозуміти їхню біологію. Дослідження опублікували у журналі Cell.

Шкіра мамонта віком 52 тисячі років. Love Dalén, Stockholm University.

Шкіра мамонта віком 52 тисячі років. Love Dalén, Stockholm University.

Що заважало знайти хромосоми мамонтів дотепер?

В умовах, коли тканини живих організмів природно консервуються, як-от холодом чи висушуванням, їхній генетичний матеріал може зберігатися протягом тисяч, а часом навіть мільйонів років після їхньої смерті. Однак така ДНК не залишається незмінною — щонайменше, вона сильно фрагментується. Вчені можуть її прочитати та скласти у правильну послідовність, орієнтуючись на відомий геном живих родичів вимерлого організму. Але у такий спосіб вони не можуть побачити його у більшому масштабі, тобто яким чином послідовність ДНК розподілена поміж різними хромосомами. Між тим, це може мати вплив на роботу генів, а отже й фізіологію організму.

Хоч наразі вже існують методи генетичного аналізу, які дозволяють передбачити, які з прочитаних ділянок геному розташовуватимуться поруч і формуватимуть окремі хромосоми, їх дотепер не використовували на сильно фрагментованих зразках давно вимерлих тварин. Випробувати цю можливість вирішили науковці з Медичного коледжу Бейлора з колегами.

Шкіра мамонта після того, як її викопали з вічної мерзлоти. Love Dalén, Stockholm University.

Шкіра мамонта після того, як її викопали з вічної мерзлоти. Love Dalén, Stockholm University.

В чому особливість досліджуваного зразка?

Вчені досліджували зразок шкіри ззаду вуха самки волохатого мамонта (Mammuthus primigenius), що жила на території теперішнього Сибіру ще 52 тисячі років тому. З'ясувалося, що цих зразках збереглись не лише окремі фрагменти ДНК, а й навіть деякі її тривимірні структури, потрібні для визначення хромосом. На думку вчених, це сталося внаслідок процесу вітрифікації, тобто висушування до стану своєрідного скла. Таке трапляється, коли дія низьких температур змушує атоми та молекули в клітині дуже щільно спакуватись, що для неозброєного ока виглядає як перетворення на тверде склоподібне тіло. Таке щільне розташування молекул пригнічує клітинний розпад і здатність мікроорганізмів розщеплювати зразок ферментами, а також практично не залишає простору для дифузії, тобто фрагменти хромосом мамонта були змушені залишитись приблизно на тому ж місці, що і 52 тисячі років тому.

До речі, вітрифікація — вже давно відомий процес, який використовується людьми для подовження терміну придатності продуктів, наприклад, для виготовлення розчинної кави чи в’яленого м’яса.

Зразок. Love Dalén, Stockholm University.

Зразок. Love Dalén, Stockholm University.

Який метод допоміг виявити хромосоми мамонта?

Дослідники звернулися до техніки з назвою Hi-C, яка дозволяє встановити 3-D організацію ДНК в ядрі, а відповідно й вигляд цілих хромосом. Зрештою, науковці виявили, що у волохатого мамонта було 28 пар хромосом, як це властиво і сучасним слонам. Завдяки хорошій збереженості ДНК мамонта науковцям також вдалося виявити активні та неактивні гени у тканині шкіри. У цьому їм допомогла тенденція ДНК займати певну позицію всередині ядра в залежності від активності чи навпаки неактивності окремих послідовностей. І попередні результати показали, що тут мамонти та слони вже відрізняються. Імовірно, саме ці відмінності у роботі генів і відповідали за те, що мамонти були волохаті та пристосовані до сильного холоду.

Як нові дані змінять уявлення про мамонтів?

Наразі науковці вивчали лише шкіру, але у наступних роботах планують застосувати свій підхід і до інших тканин мамонта. Це дозволить з'ясувати, як працювали гени загалом в організмі вимерлого велета, порівнюючи його з теперішніми слонами. І можливо, це допоможе уточнити, як мамонти вимерли.

Однак результати стануть в пригоді далеко не лише при вивченнях мамонтів. Поточне дослідження вказало, що давня ДНК може достатньо зберігатися, щоб визначити її архітектуру методом Hi-C. Тому підхід так само можна використати для вивчень й інших зразків, адже генетичний матеріал може набувати склоподібної форми під дією високих температур також. І це навіть не обов'язково мають бути вимерлі тварини — висушування мертвих тканин успішно досягали, наприклад, древні єгиптяни при муміфікації тіл померлих людей. Тож метод може згодитися і для аналізу давніх людських геномів.

Що наука дізналася про мамонтів в останні роки

🦣 Дослідивши бивень, науковці відтворили шлях мамонта через Канаду. Спойлер: він закінчився у людському поселенні.

🐴 А мамонти з канадського Клондайку разом із дикими конями пережили льодовиковий період, вказало інше вивчення древньої ДНК.

🤷‍♂️ Хоч основною причиною вимирання мамонтів вважають тодішню зміну клімату, дослідження вказало, що людина прискорила зникнення цих тварин на тисячі років.