Home Technologia Chromosomy mamuta znalezione w zakonserwowanej „błyskawicznie zamrożonej” skórze

Chromosomy mamuta znalezione w zakonserwowanej „błyskawicznie zamrożonej” skórze

15
0


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

Ostatnie mamuty wymarły 4000 lat temu, na tyle niedawno, że niektóre piramidy zostały już zbudowane w Egipcie. Jednak w ramach tego badania zespół zbadał próbki mamutów, które datowane są odpowiednio na 52 000 i 39 000 lat, w którym to momencie anatomicznie współcześni ludzie nadal dzielił planetę z neandertalczykami.

Szczątki mamutów znajdują się na stepach, po których kiedyś wędrowały. Szczątki włochatych trąbowców są często zachowane w wiecznej zmarzlinie — trwale zamarzniętej glebie wierzchniej — chociaż fazy rozmrażania i ponownego zamarzania mogą uszkodzić mikroskopijne struktury w miękkich tkankach zwierząt. Czasami stan zachowania jest oszałamiający. Na przykład w 2022 r. idealnie zachowane cielę mamuta został znaleziony w kopalni złota w Jukonie. Jednak ostatnie odkrycie ujawniło konserwację na zupełnie inną skalę: molekularną. Badania zespołu były opublikowany dziś w Komórka.

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

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 zachowały sierść w skali milimetrowej, co sugeruje, że mamut włochaty został zamrożony błyskawicznie. Według zespołu, to zachowanie wskazuje, że mamut zamarzł około 10 000 lat przed wyginięciem neandertalczyków, ponieważ nienaruszone sierści oznaczają, że próbka skóry nie uległa od tego czasu żadnemu rozmrożeniu. Zatem zwierzę zachowało sierść, mieszki, nienaruszone komórki i tak, złożone chromosomy w swoich regionach komórki. Zespół badawczy mógł faktycznie zobaczyć pętle genetyczne, które zarządzały tym, czy określony gen został wyrażony.

„Ta próbka została zamrożona i utworzyła rodzaj suszonej wołowiny” – powiedział Leiberman Aiden. Suszona wołowina to mięso poddane przemianie szklistejczyniąc ją trwałą. Kiedy została zamrożona, 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 chromosomów mamuta.
Animacja 3D chromosomów mamuta.
Gif: Vinicius Contessoto, Antonio Oliveira Jr., Jose Onuchic

Jakość szczątków umożliwiła pierwszy montaż genomu u 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 zadziwiająco precyzyjny rzut oka na struktury mikroskopowe, które były planem gigantów stepów epoki lodowcowej.

„Wariancja, którą można uchwycić w tym genomie mamuta, otwiera nowe drzwi do porównań między gatunkami” — powiedziała Cynthia Pérez Estrada, badaczka z Baylor College of Medicine i współautorka artykułu, na konferencji prasowej. „Samo posiadanie tego śladu organizacji chromatyny w trójwymiarowej przestrzeni jest niesamowite”.

„Suszona wołowina” mamuta zachowała nienaruszoną strukturę molekularną chromosomów

Zespół zrobił wszystko, co mógł, aby spróbować zniszczyć strukturę molekularną chromoglassu. Do testów zamienili wysuszoną skórę mamuta na odwodnioną wołową kiełbasę Boar’s Head, która pod każdym względem miała taką samą strukturę na poziomie molekularnym. Naukowcy zanurzyli wołowinę chromoglassową w wodzie, kwasie i ciekłym azocie; podgrzewali ją w mikrofalówce, uderzali piłkami baseballowymi i młotkiem; przejechali ją samochodem, zastraszali werbalnie („emocjonalnie ją uszkodzili”, żartowali na konferencji prasowej) i strzelali do niej łuskami z broni śrutowej (widocznymi poniżej). Pomimo fragmentacji materiału, struktura chromosomowa substancji pozostała nienaruszona w skali mikroskopowej.

Strzelanie do wołowiny ze strzelby chromowanej.
© Aviva Aiden, Thomas Griggs, Erez Aiden

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

Nowe odkrycia ujawniają nigdy wcześniej niewidziane zachowanie molekularne w starożytnych szczątkach. Chociaż znaleziono starsze DNA — w rzeczywistości garstka autorów nowego artykułu była częścią zespołu, który opublikował badania na temat najstarsze zachowane DNAw milionoletnich kłach mamuta — nowo opisane szczątki umożliwiły zbadanie, w jaki sposób wyrażane były geny mamuta i jak składał się jego genom. obecny rekordzista najstarszego zsekwencjonowanego DNA należy do pasma DNA środowiskowego odzyskanego z północnej Grenlandii, na podstawie którego zespołowi badawczemu udało się zrekonstruować środowisko z wczesnego plejstocenu.

Co naukowcy mogą zrobić z błyskawicznie zamrożonymi chromosomami?

Nieskazitelne zachowanie tak delikatnego materiału molekularnego może mieć znaczenie dla odtworzenieproces, w którym niektóre zespoły naukowe i firmy są próba wytworzenia gatunków zastępczych które pod każdym względem reprezentują niedawno wymarłe zwierzęta. Dokładniej rzecz biorąc, śledzenie genów regulujących odporność na zimno i promujących wzrost włosów może być przydatne dla firm próbujących zbudować mamuty XXI wieku. Na początku tego roku jedna z takich firm — Colossal Biosciences —udało się stworzyć komórki macierzyste słoniapierwszy zmodyfikowany do stanu embrionalnego. Niemniej jednak zespół podkreślił, że de-wymarcie jest trudnym procesem i nie jest 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 zmieniający się klimat” – 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 informować naukowców o zrozumieniu mamuta. Naukowcy mogą zaoferować modelom AI pasmo kodu genetycznego i zapytać AI, gdzie białka prawdopodobnie były związane w mamucie lub jak prawdopodobnie jest złożony genom.

„Nawet odrobina danych o mamutach, gdy zostanie wprowadzona do tych SI, może doprowadzić do bogactwa informacji” — powiedział Lieberman Aiden dla Gizmodo. Oprócz azjatyckiego słonia, narzędzia SI mogą kontekstualizować genom mamuta na drzewie życia. „Wielką siłą SI jest jej zdolność do pobierania spostrzeżeń od wszystkich tych gatunków i syntezowania ich, aby dać ci całkiem niezłe przypuszczenia” — dodał Leiberman Aiden.

Połączenie nowych technologii, pomysłowych metod i szczęścia odkrywa starożytny świat na niespotykaną dotąd skalę. Zrozumienie ogromnego mamuta na skalę molekularną pomaga nam zrozumieć starożytną przeszłość, ale także pomaga w rozmowie o istniejących zwierzętach w przyszłości.



Source link