Самый древний в мире ДНК раскрывает эволюцию мамонтов
Международная команда под руководством исследователей из Центра палеогенетики в Стокгольме секвенировала ДНК, извлеченную из останков мамонтов возрастом до 1,2 миллиона лет. Анализ показал, что колумбийский мамонт, обитавший в Северной Америке во время последнего ледникового периода, был гибридом шерстистого мамонта и ранее неизвестной генетической линии. Исследование также дает новое представление о том, когда и как быстро мамонты адаптировались к холодному климату. Результаты опубликованы в журнале Nature.
Около 1 миллиона лет назад шерстистых и колумбийских мамонтов еще не существовало. В то время жил их предшественник — древний степной мамонт. Ученым удалось проанализировать геномы трех древних мамонтов, используя ДНК, извлеченную из их зубов, которые 0,7–1,2 миллиона лет пролежали в сибирской вечной мерзлоте.
Это первый случай, когда ДНК была секвенирована и аутентифицирована из образцов возрастом в миллион лет. Извлечение ДНК было сложной задачей: в образцах остались лишь крошечные количества, а сама ДНК была сильно фрагментирована.
«Эта ДНК невероятно стара. Образцы в тысячу раз старше останков викингов и даже предшествуют появлению людей и неандертальцев», — говорит старший автор Лов Дален, профессор эволюционной генетики.
Возраст образцов определили с помощью геологических данных и молекулярных часов. Оба метода показали, что двум образцам более миллиона лет, а третий, возрастом около 700 тысяч лет, представляет одного из самых ранних известных шерстистых мамонтов.
Неожиданное происхождение колумбийского мамонта
Анализ геномов показал, что самый древний образец (~1,2 млн лет) принадлежал ранее неизвестной генетической линии, которую исследователи назвали крестовским мамонтом (по месту находки). Результаты показывают, что эта линия отделилась от других сибирских мамонтов более 2 миллионов лет назад.
«Это стало для нас полной неожиданностью. Все предыдущие исследования указывали, что в то время в Сибири был только один вид — степной мамонт. Но наш анализ ДНК показывает, что существовало две разные генетические линии: адычинский мамонт и крестовский мамонт. Мы пока не можем утверждать наверняка, но считаем, что они могут представлять два разных вида», — говорит ведущий автор Том ван дер Валк.
Исследователи также предполагают, что именно мамонты крестовской линии колонизировали Северную Америку около 1,5 миллиона лет назад. Анализ показывает, что колумбийский мамонт, живший там в последний ледниковый период, был гибридом: примерно половина его генома происходила от крестовской линии, а другая половина — от шерстистого мамонта.
«Это важное открытие. Похоже, что колумбийский мамонт, один из самых знаковых видов ледникового периода в Северной Америке, эволюционировал в результате гибридизации, произошедшей примерно 420 тысяч лет назад», — говорит соавтор Патриция Пецнерова.
Эволюция и адаптация шерстистого мамонта
Второй миллионолетний геном, от адычинского мамонта, оказался предковым по отношению к шерстистому мамонту. Это позволило сравнить его с геномом одного из самых ранних известных шерстистых мамонтов (0,7 млн лет) и с геномами мамонтов возрастом всего в несколько тысяч лет. Так ученые исследовали, как мамонты адаптировались к жизни в холоде и в какой степени эти адаптации развились в процессе видообразования.
Анализ показал, что генетические варианты, связанные с жизнью в Арктике (рост волос, терморегуляция, жировые отложения, устойчивость к холоду, циркадные ритмы), уже присутствовали у миллионолетнего мамонта, задолго до появления шерстистого мамонта. Это указывает, что большинство адаптаций в линии мамонтов происходило медленно и постепенно.
«Возможность проследить генетические изменения в момент видообразования уникальна. Наш анализ показывает, что большинство адаптаций к холоду уже присутствовали у предка шерстистого мамонта, и мы не находим свидетельств того, что естественный отбор был быстрее в процессе видообразования», — говорит соавтор Давид Диес-дель-Молино.
Будущие исследования
Новые результаты открывают путь для множества будущих исследований других видов. Около миллиона лет назад многие виды расселялись по земному шару. Это также был период серьезных изменений климата и уровня моря, а также последней смены магнитных полюсов Земли. Поэтому исследователи считают, что генетический анализ в таком временном масштабе имеет большой потенциал для изучения широкого круга научных вопросов.
«Один из главных вопросов теперь — как далеко в прошлое мы можем заглянуть. Предел еще не достигнут. Основанное на знаниях предположение — мы можем восстановить ДНК возрастом 2 миллиона лет, а возможно, и до 2,6 миллиона. До этого не было вечной мерзлоты, где древняя ДНК могла бы сохраниться», — говорит Андерс Йетерстрем, профессор молекулярной археологии.