Genomi de mamut vechi de milioane de ani bat recordul pentru cel mai vechi ADN antic

Genomul vechi de un milion de ani este aici. Dinții de mamut păstrați în permafrostul de est al Siberiei au produs cel mai vechi ADN antic înregistrat vreodată, împingând tehnologia aproape de limitele sale – dar poate nu dincolo.

ADN-ul genomic extras din trei probe dentare excavate în anii 1970 a identificat o nouă specie de mamut care a dus la specii ulterioare în America de Nord. Rezultatele au fost publicate în Natura temperată Pe 17 februarie¹.

„Îmi place hârtia”. A spus Ludovic Orlando, un specialist ADN antic la Centrul de Antropologie și Genomică din Toulouse, Franța, care în 2013 a co-secvențiat cel mai vechi ADN antic – un genom de la osul piciorului unui cal vechi de 560.000 până la 780.000 de ani.². „Sunt fericit să pierd acel record, pentru că a fost greu”, spune el.

Cercetătorii bănuiseră că ADN-ul antic ar putea dura mai mult de un milion de ani, dacă ar fi găsită proba corectă. Odată ce un organism moare, cromozomii acestuia se descompun în bucăți care se scurtează în timp. În cele din urmă, firele de ADN devin atât de mici încât – chiar dacă pot fi extrase – își pierd conținutul informațional.

Echipa din Orlando a constatat că, din teritoriul canadian Yukon, fragmente de până la 25 de litere de ADN din osul unui cal ar putea fi încă interpretate. Ei au estimat că rămășițele vechi de un milion de ani păstrate în frigul constant al permafrostului – care încetinește fragmentarea ADN – ar trebui să conțină și biți de ADN atât de mult. „Singurele mele îndoieli: există acest eșantion?” Spune Orlando.

Vis nodal

Loew Dalen, genetician evoluționist la Muzeul suedez de istorie naturală (SMNH) din Stockholm, se ocupă de ideea de a aranja rămășițe de mamut foarte vechi de când a întâlnit prima dată o colecție din acestea în 2007. Specimenele pe care echipa sa le-a secvențiat este unul al unui mamut lanosos timpuriu (Mammuthus primigenius(Și două sunt dedicate unui precursor cunoscut sub numele de mamut de stepă)Mammuthus trogontherii), Excavat de paleontologul rus Andrei Sher.

Dalen spera că ADN-ul din probe va fi capabil să capteze evoluția mamuților de lână și a altor specii în acțiune, dar a fost sceptic din cauza experiențelor proaste anterioare cu resturi mult mai mici găsite în permafrost. „Nu este ca și cum totul din permafrost funcționează întotdeauna. Marea majoritate a probelor au ADN aiurea”, spune el.

Într-adevăr, doi dintre cei trei molari mamut din fosilele lui Cher, recuperați din depozite vechi de peste un milion de ani, conțin atât de puțin ADN încât Dalen spune că i-ar fi aruncat dacă ar fi mai tineri.

Dar, datorită progreselor înregistrate în secvențierea și tehnologia bioinformatică, echipa sa a reușit să obțină 49 de milioane de perechi de baze de ADN din cea mai veche probă găsită lângă un sat numit Krestovka și 884 de milioane de perechi de baze dintr-un alt dinte numit Adycha. Analiza ADN a sugerat că eșantionul Krestovka avea 1,65 milioane de ani și că eșantionul Adycha avea aproximativ 1,3 milioane de ani (vezi „Genomul antic”). Al treilea eșantion, dintele unui gigant de lână vechi de 600.000 de ani numit Chukochya, a produs aproximativ 3,7 miliarde de perechi de baze de ADN, mai mult decât lungimea genomului său de 3,1 miliarde de perechi de baze.

De la apariția lor, cei mai în vârstă de vârstă păreau să aparțină mamutului de stepă, o specie europeană despre care cercetătorii cred că este un mamut vechi de lână și un mamut columbian (Mammut columbian), O specie din America de Nord. Dar genomul lor a pictat o imagine mai complexă. Specimenul Adycha a făcut parte din descendența care a dat naștere mamutului lânos, dar exemplarul Krestovka nu a fost în mod clar.

Echipa lui Dalén a descoperit că aparține unei rase complet noi. „Nu putem spune că este un alt tip, dar cu siguranță arată așa”, spune el. Deși exemplarul Krestovka este din Rusia, se suspectează că descendența a devenit izolată de alți mamuți de stepă din America de Nord. Echipa a descoperit că mamuții columbieni își urmăresc jumătate din strămoși în mamutul Krestovka, iar cealaltă jumătate în mamutul lanos. Dalin estimează că cele două tulpini s-au amestecat acum mai bine de 420.000 de ani.

Ideea că speciile noi se pot forma prin amestec – nu doar separarea de o singură specie părinte – câștigă popularitate în rândul biologilor evoluționisti. Aceasta este prima dovadă a „speciației hibride” din ADN-ul antic, spune Orlando. „Este uimitor.”

Hendrik Poinar, un specialist antic ADN de la Universitatea McMaster din Hamilton, Canada, spune că diferite specii de mamuți ar fi putut fi hibridizate în mod obișnuit atunci când sunt combinate de expansiunea aisbergului. Echipa sa a găsit dovezi că mamuții lanosi și columbieni se împerechează ocazional.

Viitorul ADN-ului antic

Deși cercetătorii se așteptau de multă vreme să existe un genom vechi de un milion de ani, depășirea acestei limite este importantă, spune Vivian Sloan, paleo-geneticiană la Universitatea Tel Aviv din Israel. „Există o diferență între ceea ce credem că este posibil și de fapt arătat”.

Tom Van Der Valk, om de știință bioinformatică la Universitatea Uppsala din Suedia, care a condus lucrări dentare mamut alături de biologii evolutivi Patricia Pinerova și David Dies-Del Mulino de la SMNH, speră că acest lucru va încuraja alte laboratoare. „Este o barieră simbolică pe care sper că o să inspire și să motiveze alte grupuri care au idei despre cronologia cu adevărat profundă”.

Trecând pragul de milioane de ani, cercetătorii ADN antici ar putea avea acces la date timpurii ale altor mamifere mari și mici, spune Dalin. Probele foarte vechi de permafrost din boi de mosc, banane și lămâi sunt acum pe radarul laboratorului său.

ADN-ul mamut nu reprezintă cele mai vechi informații biomoleculare din înregistrările fosile. În 2016, cercetătorii au raportat o secvență de proteine ​​dintr-o coajă de ou de struț, veche de 3,8 milioane de ani, din Tanzania³Și în 2019, o altă echipă a decodat proteinele din dinții unui rinocer vechi de 1,77 milioane de ani din Georgia⁴. Secvențele de proteine ​​tind să fie mult mai puțin informative despre originea unui organism decât ADN-ul. Dar moleculele de proteine ​​sunt mai solide, astfel încât cercetătorii le pot folosi pentru a extrage informații din fosile foarte vechi găsite în locuri în care nu există permafrost. Exemplarele de strut și rinocer provin din situri arheologice cunoscute pentru rămășițele de hominin.

Cercetătorii spun că șansele de a găsi rămășițele unei rude umane vechi de un milion de ani în permafrost sunt extrem de scăzute. Dar Dalin crede că mediul potrivit, cum ar fi o peșteră adâncă, ar putea produce exemplare antice. Rămășițele primilor neandertalieni dintr-o peșteră spaniolă datând de 430.000 de ani reprezintă cel mai vechi ADN de la o rudă a oamenilor antici care a fost descoperit până acum.⁵. „Găsirea homininelor într-un fel de context ideal de conservare, cum ar fi permafrostul, ar fi un vis”, spune Sloan.

În ceea ce privește limita de vârstă pentru ADN-ul antic, Dalen spune că este ușor de stabilit: „2,6 milioane de ani. Aceasta este limita de permafrost. Înainte, era foarte cald”.