Több mint egymillió éves, zápfogakból nyert DNS-minták tárják fel a mamutok evolúcióját
Több mint egymillió éves DNS-t sikerült kutatóknak két mamut maradványaiból izolálni, amelyek ezzel messze a legkorábbi valaha meghatározott genetikai információnak számítanak. A felfedezés feltárja a mamutok korai evolúcióját, és megmutatja, hogy a fagyos éghajlathoz való alkalmazkodás már a több mint egymillió éve élt állatokra is jellemző volt.
Az áttörő felfedezést ismertető tanulmány szerda délután jelent meg a Nature folyóiratban, és három mamut zápfogából kinyert DNS-minta meghatározását és elemzését mutatja be. Ezek az állatok a pleisztocén időszak közepén, közel 800 ezer-1,6 millió évvel ezelőtt éltek, a mai Szibéria északkeleti területén (eddig a legkorábbi, sikeresen kinyert és meghatározott ősi DNS minta 560-780 ezer éves lovak maradványaiból származott).
A mostani, ezeknél akár kétszer idősebb minták igazolhatják, hogy lehetséges genetikai módszerekkel vizsgálni különböző, a negyedidőszaki jégkorszak kezdetén élt állatokat. Ennek elméleti síkon nincs akadálya, hiszen ideális, tartósan hideg körülmények között a DNS bázissorendje valamivel több mint egymillió évig is meghatározható maradhat a jelenlegi szekvenálási eljárásokkal. Az új kutatás által is használt, az elmúlt másfél évtizedben kidolgozott, csúcstechnológiás ősi DNS-vizsgálati eljárások pedig minimalizálják annak esélyét, hogy a most megtalált DNS forrása külső szennyeződés lenne. Korábban ilyen, az ősi DNS vizsgálatára kifejlesztett módszerekkel sikerült a neandervölgyi ember, valamint a gyenyiszovai ember teljes genomjának meghatározása, ami átformálta képünket az emberi evolúcióról.
Love Dalén és kollégáinak új kutatása, amelyben kilenc ország 22 kutatója vett részt, szintén lényeges előrelépést hozhat, és nem csak a mamutok evolúciójának megértésében: tágabban értelmezve ugyanis ez a módszertan lehetővé teszi a környezethez való evolúciós alkalmazkodás időbeli követését és az olyan hosszabb időskálájú evolúciós folyamatok jobb megértését, mint a fajképződés.
Fogakból izolált DNS segít megérteni a mamutok evolúcióját
Az első mamutok hozzávetőleg 5 millió éve jelentek meg Afrika déli részén, távoli leszármazottaik pedig benépesítették Eurázsia és Észak-Amerika északibb területeinek nagy részét. A pleisztocén elején alakult ki az Európában és Közép-Ázsiában élt déli mamut (Mammuthus meridionalis), őt követte a sztyeppei mamut (M. trogontherii), az ikonikus „jégkorszakbeli" állatként ismert gyapjas mamut (M. primigenius) és végül az Észak-Amerikában élt amerikai mamut (M. columbi) megjelenése. Egyes gyapjas mamutok egészen 4 ezer évvel ezelőttig fennmaradtak a jeges-tengeri Vrangel-szigeten.
A kutatók célja elsődlegesen a gyapjas és amerikai mamutok kialakulásának és evolúciójának megértése volt. Ezért három egyedből származó, kormeghatározás alapján a pleisztocén elejére-közepére tett mammut zápfogból kíséreltek meg csúcstechnológiás eljárásokkal DNS-mintát venni és azt elemezni. A legkorábbi, 1,1-1,2 millió éves rétegből előkerült egyedet a kutatók a megtalálási helyről Krestovkának nevezték el; ez az állat a fogmaradvány alaktana alapján a sztyeppei mamutokhoz hasonlított. A második, szintén sztyeppei mamuthoz hasonló, hozzávetőleg 1-1,2 millió éves lelet az Adycha nevet kapta. Egy harmadik, Chukochyának keresztelt állat maradványai alaktanilag egy korai gyapjas mamutra hasonlít és 500-800 ezer éve élhetett.
A fogakból kinyert DNS-minták lényegesen töredezettebbek voltak, mint a korábban vizsgált, elmúlt 100 ezer évből származó mamutokból származók. Ennek ellenére sikerült mindhárom egyed teljes mitokondriális genomját és a sejtmagban található genomiális DNS-ből 49 millió, 884 millió és 3671 millió bázispárt meghatározni a Krestovka, Adycha és Chukochya egyedeknél, ebben a sorrendben. Ezután a kutatók a mitokondriális genom alapján meg szerették volna határozni az állatok genetikai korát. Ehhez a DNS átlagos mutációs rátáját megadó, úgynevezett molekuláris órát használtak, amit részben rádiókarbonos kormeghatározással kalibráltak. Kiderült, hogy Krestovka hozzávetőleg 1,65 millió éve, Adycha 1,34 millió éve, Chukochya pedig 0,87 millió éve élhetett. Utóbbi kettő esetén ez nagyjából egyezik a leletek geológiai korával, Krestovka esetén ugyanakkor jelentősen eltér attól. Ezt okozhatja az, hogy az állat maradványai geológiailag fiatalabb rétegbe kerültek át, vagy az is, hogy a mitokondriális kort megadó molekuláris óra hibás.
A három mamutból kinyert genetikai információ azt is feltárta, hogy Adycha és Chukochya egy olyan populáció tagjai voltak, amelynek leszármazottaiból később létrejött a gyapjas mamut. Krestovka azonban egy másik, eddig ismeretlen ághoz tartozott, amely viszonylag korán, közel két millió évvel ezelőtt vált el a többi mamuttól. Mindebből az következhet, hogy két, egymástól lényegesen eltérő mamutpopuláció élhetett Szibériában a pleisztocén közepén.
„Ez teljesen meglepett minket. Minden korábbi kutatás arra utalt, hogy csak egyetlen mamutfaj volt Szibériában ebben az időszakban, a sztyeppei mamut. De a DNS-vizsgálatunk most azt mutatja, hogy két különböző genetikai vonal volt jelen, amelyeket Adycha mamutnak és Krestovka mamutnak neveztünk el. Még nem tudjuk biztosan, de azt gondoljuk, hogy ezek két különböző fajt jelölnek."
– mondta a tanulmány egyik vezető szerzője, Tom van der Valk.
A genomikai vizsgálatok arra utalnak, hogy az amerikai mamut ősei részben a Krestovka mamut által képviselt populációból, részben gyapjas mamutok közül kerültek ki. Konkrétabban: genomjuk közel 40 százaléka a Krestovka mamutágról, 60 százaléka pedig a gyapjas mamuttól származik. Azaz valószínűnek tűnik, hogy a közel 420 ezer évvel ezelőtt kialakult amerikai mamut hibrid faj lehetett, amely két eltérő mamutfaj keveredéséből jött létre.
„Ez fontos felfedezés. Úgy tűnik, hogy az amerikai mamut, az egyik legikonikusabb észak-amerikai jégkorszaki faj hibridizáción keresztül alakult ki, nagyjából 420 ezer évvel ezelőtt"
– tette hozzá a tanulmány másik vezető szerzője, Patrícia Pečnerová.
Már a korai gyapjas mamutok is jól bírták a hidegebb környezetet
Az utolsó jégkorszak ikonikus állata, a gyapjas mamut a szakemberek szerint adaptív genetikai változások sorozatával alkalmazkodott a fagyos környezethez és nyílt területeken való életmódhoz. A három ősi genom segítségével lehetségessé vált annak megértése, hogy mikor következhettek be ezek a változások, vagy legalábbis egy részük. Kiderült, hogy a mamutokra jellemző, fehérjekódoló genomi régiókat érintő változások 85-88 százaléka már megtalálható volt Adycha és Chukochya genomjában. Emellett a kutatók nem találtak arra utaló jelet, hogy a környezeti változások dacára a pleisztocén közepén felgyorsult volna ezeknek a kulcsfontosságú régióknak a változási sebessége.
Kiderült az is, hogy a hideg környezethez való alkalmazkodást lehetővé tévő génváltozatok, amelyeket korábbi kutatások gyapjas mamutokban felderítettek, már a közel egymillió éves Chukochyában és Adychában, azaz a gyapjas mamutok őseiben is jelen voltak. Ezek a génváltozatok a szőr növekedésre, hőmérsékletszabályozásra, zsírlerakódásokra, hidegtűrésre és az állatok biológiai órájára voltak hatással. De nem minden gyapjas mamutokra jellemző génváltozat volt jelen ezekben a korai állatokban. Egy kulcsfontosságú, TRPV3-nak nevezett, a hőérzékelésben és a szőrzetnövekedés szabályozásában szerepet jásztó gén Chukochyában a gyapjas mamutokra jellemző négyből még csak két mutációval rendelkezett. Mindez a kutatók szerint azt mutatja, hogy ezek a környezethez való adaptációk lassan, hosszú idő alatt alakultak ki a mamutokban.
Mint Anders Götherström, a munkában résztvevő molekuláris archeológus kifejtette, a kutatásnak természetesen van egy a mamutok evolúciójának megértésén messze túlmutató jelentősége:
„Az egyik nagy kérdés, hogy mennyire messze tudunk visszamenni az időben. Még nem értük el a határt. Reális felvetésnek tűnik, hogy kétmillió éves DNS-t képesek leszünk azonosítani, de akár 2,6 millió évvel ezelőttre is visszamehetünk. Azelőtt nem volt permafroszt, amelyben az ősi DNS minták megmaradhattak volna."
A több mint egymillió éves mamutok genomjának meghatározása igazolhatja, hogy egészen a korai pleisztocénig, a negyedidőszaki jégkorszak kezdetéig visszamenőleg lehetséges az ősi DNS-ben rejlő genetikai információ feltérképezése. Ez pedig, ahogy a kutatók tanulmányuk elején felvázolják, lehetővé teheti egyes ma élő emlős- és madárfajok kialakulásának vizsgálatát, amelyek a pleisztocén elején vagy közepén jelentek meg.
A molekuláris őslénytan más molekulák és módszerek segítségével ugyanakkor még régebbi korszakok élőlényeinek titkaiba is betekintést nyújthat. A fehérjemaradványok vizsgálata ezt az időtávot legalább 3-4 millió évvel ezelőttig, vagy potenciálisan még tovább kitolhatja, a lipidmaradványok tanulmányozása pedig akár a legkorábbi állatokkal kapcsolatos kérdésekre is választ adhat.
Kapcsolódó cikkek a Qubiten:
