Home Technologia 52 000-letnia „suszona wołowina” mamuta ujawnia doskonale zachowane chromosomy

52 000-letnia „suszona wołowina” mamuta ujawnia doskonale zachowane chromosomy

11
0


Genialny zespół naukowców dokonał niezwykłego odkrycia w maleńkich cząsteczkach gigantycznego stworzenia: nieskazitelnie zachowanej architekturze genomu szczątków 52 000-letniego mamuta włochatego. Wysuszona skóra jest tak dobrze zachowana, że ​​zawiera nienaruszone chromosomy mamuta, dając badaczom bezprecedensowy wgląd w biologię starożytnego zwierzęcia.

Ostatnie mamuty wyginęły 4000 lat temu, wystarczająco długo, aby mogły powstać niektóre piramidy w Egipcie. Jednak w ramach tego badania zespół zbadał próbki mamutów pochodzące sprzed odpowiednio 52 000 i 39 000 lat, kiedy anatomicznie współcześni ludzie dzielili planetę z neandertalczykami.

Szczątki mamutów znajdują się na stepach, po których wędrowały. Szczątki włochatych trąbowców są często konserwowane w wiecznej zmarzlinie — trwale zamarzniętej wierzchniej warstwie gleby — chociaż rozmrażanie i ponowne zamrażanie może uszkodzić mikroskopijne struktury w miękkich tkankach zwierząt. Czasami konserwacja jest zadziwiająca. Na przykład w 2022 roku w kopalni złota w Jukonie znaleziono idealnie zachowane cielę mamuta. Jednak ostatnie odkrycie ujawniło konserwację na zupełnie inną skalę: molekularną. Badania zespołu były Opublikowany Dziś w Komórka.

„Rozejrzeliśmy się, kopaliśmy i gdy w końcu przybliżyliśmy obraz, zobaczyliśmy, że mamy do czynienia z nowym rodzajem skamieniałości” – powiedział na konferencji prasowej we wtorek współautor badania Erez Lieberman Aiden, informatyk i genetyk związany z Rice University, Baylor College of Medicine i Broad Institute of MIT i Harvard.

Skóra mamuta, w której znaleziono chromosomy mamuta. © Zdjęcie Love Dalén, Uniwersytet Sztokholmski

Jak chromosomy przetrwały tak długo?

52 000-letnie szczątki badane przez zespół nadal miały włosy w skali milimetrowej, co sugeruje, że mamut włochaty został zamrożony błyskawicznie. Według zespołu, to zachowanie wskazuje, że został zamrożony około 10 000 lat przed wyginięciem neandertalczyków, ponieważ nienaruszone włosy oznaczają, że próbka skóry nie uległa od tego czasu żadnemu rozmrożeniu. Zatem zwierzę zachowało włosy, mieszki, nienaruszone komórki i, tak, złożone chromosomy w swoich regionach komórki. Zespół badawczy mógł faktycznie zobaczyć pętle genetyczne, które kontrolowały ekspresję danego genu.

„Ta próbka została zamrożona i utworzyła coś w rodzaju suszonego mięsa” – powiedział Leiberman Aiden. Suszone mięso to mięso, które przeszło przemianę szklistączyniąc ją trwałą. Po zamrożeniu skóra mamuta stała się molekularnym korkiem na poziomie mikroskopowym, gdzie chromosomy nie mogły się rozprzestrzenić. Próbki skóry stały się kapsułami czasu dla starożytnych cząsteczek, a zespół nazwał błyskawicznie zamrożony materiał genetyczny „chromoglass”.

Animacja 3D gigantycznych chromosomów.
Gif: Vinicius Contessoto, Antonio Oliveira Jr., Jose Onuchic

Jakość szczątków umożliwiła pierwszy montaż genomu wymarłego gatunku, powiedzieli naukowcy. Mamuty miały 28 chromosomów, tak jak słoń (i w przeciwieństwie do nas, ludzi, którzy mają 23). Zespół zrekonstruował chromosomy mamuta w 3D; dla nas wygląda to jak węzeł gordyjski. Ale dla naukowców jest to zaskakująco dokładny wgląd w mikroskopijne struktury, które ukształtowały gigantów stepów epoki lodowcowej.

„Zmienność, którą możemy uchwycić w tym genomie mamuta, otwiera zupełnie nowe drzwi do porównań międzygatunkowych” – powiedziała na konferencji prasowej Cynthia Pérez Estrada, badaczka z Baylor College of Medicine i współautorka artykułu. „Samo posiadanie migawki organizacji chromatyny w przestrzeni trójwymiarowej jest niesamowite”.

Suszone mięso mamuta zachowało nienaruszoną strukturę molekularną chromosomów

Zespół zrobił wszystko, co mógł, aby spróbować zniszczyć strukturę molekularną chromoszkła. Do testów zastąpili wysuszoną skórę mamuta suszoną mortadelą z głowy dzika, która pod każdym względem miała taką samą strukturę molekularną. Naukowcy namoczyli mięso chromoszkła w wodzie, kwasie i ciekłym azocie; podgrzewali je w mikrofalówce; bili piłkami baseballowymi i młotkiem; przejeżdżali po nim samochodem; zastraszali je werbalnie („uszkodzili je emocjonalnie”, żartowali na konferencji prasowej); i strzelali do niego z nabojów do strzelby (patrz poniżej). Chociaż materiał uległ fragmentacji, struktura chromosomowa materiału pozostała nienaruszona w skali mikroskopowej.

Strzelanie do chromowanego mięsa ze strzelby.
© Aviva Aiden, Thomas Griggs, Erez Aiden

„To są pierwsze (zachowane chromosomy)” – powiedziała na konferencji prasowej Olga Dudchenko, badaczka genomiki na Rice University i Baylor College of Medicine oraz współautorka badania. „Podejrzewamy, że w nadchodzących latach zostanie odkrytych ich znacznie więcej”.

Nowe odkrycia ujawniają zachowanie molekularne, jakiego nigdy wcześniej nie widziano w starożytnych szczątkach. Chociaż znaleziono starsze DNA – w rzeczywistości niektórzy autorzy nowego artykułu byli częścią zespołu, który opublikował badania nad najstarszym zachowanym DNA w kłach mamuta liczących miliony lat – nowo opisane szczątki umożliwiły zbadanie, w jaki sposób geny mamuta były wyrażane i jak składał się jego genom. Obecny rekordzista najstarszego zsekwencjonowanego DNA pochodzi z paska DNA środowiskowego odzyskanego z północnej Grenlandii, z którego zespół badawczy był w stanie zrekonstruować starożytne środowisko wczesnego plejstocenu.

Co naukowcy mogą zrobić z błyskawicznie zamrożonymi chromosomami?

Nieskazitelne zachowanie tego delikatnego materiału molekularnego może mieć znaczenie dla de-ekstynkcji, procesu, w którym niektóre zespoły naukowe i firmy próbują wytworzyć gatunki zastępcze, które pod każdym względem reprezentują niedawno wymarłe zwierzęta. W szczególności śledzenie, w jaki sposób geny regulujące odporność na zimno i promujące wzrost włosów, może być przydatne dla firm próbujących zbudować mamuty XXI wieku. Na początku tego roku jedna z takich firm — Colossal Biosciences — odniosła sukces w tworzeniu komórek macierzystych słonia, pierwszych genetycznie zmodyfikowanych do stanu embrionalnego. Jednak zespół podkreślił, że de-ekstynkcja jest trudnym procesem, a nie celem ich badań.

„Jesteśmy bardzo potężnym gatunkiem na bardzo małej planecie, podejmujemy ważne decyzje dotyczące przyszłości naszego gatunku i przyszłości życia na tej planecie, w kontekście takich rzeczy jak zmiana klimatu” – powiedział Leiberman Aiden. „Chodzi o naszą zdolność do uczenia się z przeszłości.

Sztuczna inteligencja może pomóc w rozpakowaniu drzewa życia

Najbliższym żyjącym krewnym mamuta włochatego jest słoń azjatycki. Naukowcy mogą lepiej zrozumieć genetykę słoni, wykorzystując chromosomy mamutów. Ale genetyka słoni może również pomóc naukowcom zrozumieć mamuta. Naukowcy mogą dać modelom AI ciąg kodu genetycznego i zapytać AI, gdzie białka były prawdopodobnie połączone u mamuta lub jak prawdopodobnie jest złożony genom.

„Nawet kilka danych o mamutach, wprowadzonych do tych SI, może doprowadzić do bogactwa informacji” — powiedział Lieberman Aiden dla Gizmodo. Oprócz azjatyckiego słonia, narzędzia SI mogą kontekstualizować genom mamuta w drzewie życia. „Wielką siłą SI jest jej zdolność do wyciągania wniosków ze wszystkich tych gatunków i syntezowania ich, aby dawać bardzo dobre przypuszczenia” — dodał Leiberman Aiden.

Połączenie nowych technologii, pomysłowych metod i szczęścia ujawnia starożytny świat na skalę, jakiej nigdy wcześniej nie widziano. Zrozumienie ogromnego mamuta na skalę molekularną nie tylko pomaga nam zrozumieć starożytną przeszłość, ale także pomaga nam informować o istniejących zwierzętach na przyszłość.