ДНК возрастом миллион лет

Зубы мамонта, сохранившиеся в вечной мерзлоте Восточной Сибири, позволили выделить рекордно древнюю ДНК — возрастом миллион лет, что почти на пределе возможностей метода. ДНК, извлеченная из трех образцов, раскопанных в 1970-х годах, позволила идентифицировать новый вид мамонта, который стал предком более позднего североамериканского вида. Статья коллектива ученых из Швеции, Дании, Великобритании, Германии, Турции, Китая, России, Норвегии и США опубликована в журнале Nature.

Со временем молекулы ДНК деградируют, и определить последовательность нуклеотидов в древней ДНК становится невозможно. Предыдущий рекорд древности генома, который удалось частично секвенировать, составлял 560 000–780 000 лет. Так оценивался возраст кости лошади, найденной в канадской провинции Юкон. Работами по извлечению этой ДНК руководил Людовик Орландо из Центра антропобиологии и геномики в Тулузе. При этом ученые сделали вывод, что останки возрастом до миллиона лет, сохраняющиеся в постоянном холоде вечной мерзлоты, замедляющем фрагментацию ДНК, тоже должны содержать пригодные для чтения фрагменты ДНК. Оставалось лишь найти подходящие образцы.

Один из руководителей нынешнего исследования, профессор Луве Дален (Love Dalén), эволюционный генетик из Шведского музея естественной истории в Стокгольме, увлекся идеей секвенирования останков мамонтов с 2007 года. Дален надеялся, что ДНК сможет пролить свет на эволюцию мамонтов и других видов, но он был настроен скептически из-за предыдущих неудачных опытов с гораздо более молодыми останками, обнаруженными в вечной мерзлоте. «Не всё, что хранилось в вечной мерзлоте, всегда работает. Подавляющее большинство образцов содержат плохую ДНК», — говорит он.

Дален даже признает, что два из трех коренных зубов мамонта, найденных российским палеонтологом Андреем Шером в отложениях возрастом более одного миллиона лет в Яно-Колымской низменности, содержали столь мало ДНК, что он бы выбросил их, будь они моложе. Но благодаря современным достижениям в технологии секвенирования и биоинформатики его команде удалось получить 49 миллионов пар оснований ядерной ДНК из самого старого образца, найденного у реки Крестовка, и 884 миллиона пар оснований из другого зуба с реки Адыча. Анализ ДНК показал, что образцу из Крестовки было 1,65 миллиона лет, а образцу из Адычи — около 1,3 миллиона. Третий образец, зуб шерстистого мамонта из села Чукочья, которому 600 тысяч лет, сохранил почти 3,7 миллиарда пар оснований ДНК.

Внешне два самых древних зуба выглядели так, как будто они принадлежали степным мамонтам (Mammuthus trogontherii), которые, по мнению исследователей, предшествовали шерстистым мамонтам (Mammuthus primigenius) и североамериканскому виду — мамонту Колумба (Mammuthus columbi). Но их геномы нарисовали более сложную картину. Образец из Адычи принадлежал линии, от которой произошли шерстистые мамонты, а образец из Крестовки — явно нет.

Луве Дален и его коллеги обнаружили, что мамонт из Крестовки относился к совершенно другой линии. «Нельзя сказать, что это другой вид, но похоже, что это все-таки так», — говорит Дален. Хотя образец из Крестовки найден в Восточной Сибири, Дален подозревает, что эта линия выделилась из степных мамонтов Северной Америки. Команда обнаружила, что мамонты Колумба происходят как от «крестовских мамонтов», так и от шерстистых мамонтов. По оценкам Далена, две эти линии смешались более 420 000 лет назад. Таким образом, изученные образцы стали еще и редким свидетельством гибридного видообразования, полученным из древней ДНК. Комментируя этот вывод, специалист по древней ДНК из Университета Макмастера Хендрик Пойнар (Hendrik Poinar) говорит, что разные виды мамонтов, вероятно, образовывали гибриды, когда ледниковый покров сводил их вместе. Он с коллегами нашел доказательства того, что позже шерстистые мамонты и мамонты Колумба иногда скрещивались.

Хотя исследователи давно ожидали, что исследование древней ДНК преодолеет порог в миллион лет, это стало важным событием. «Есть разница между тем, что мы считаем возможным, и тем, когда мы на самом деле это демонстрируем», — говорит об этом палеогенетик Вивиан Слон (Viviane Slon) из Тель-Авивского университета. Один из первых авторов нынешней работы, биоинформатик из Уппсальского университета Том ван дер Валк (Tom van der Valk) надеется, что это будет способствовать развитию других исследований: «Это символический барьер, который, я надеюсь, может вдохновить и мотивировать другие группы, у которых есть идеи относительно действительно глубокого секвенирования». По словам Луве Далена, преодолев порог в миллион лет, исследователи древней ДНК смогут получить доступ к ранней истории других млекопитающих. Образцы ДНК овцебыков, лосей и леммингов из вечной мерзлоты теперь находятся в поле зрения его лаборатории.

По словам исследователей, шансы найти останки древних родственников человека возрастом миллион лет в вечной мерзлоте очень низки. Но Дален считает, что подходящая среда — такая, как глубокая пещера — может дать образцы столь древнего возраста. Останки ранних неандертальцев из испанской пещеры возрастом 430 000 лет назад представляют собой самую старую ДНК древнего родственника человека, обнаруженную к настоящему времени. «Найти гоминина в таком идеальном контексте для сохранения, как вечная мерзлота, было бы мечтой», — признает Вивиан Слон.

Что же касается вероятного предела возраста древней ДНК, по словам Луве Далена, его легко определить. «2,6 миллиона лет. Это предел вечной мерзлоты. До этого было слишком тепло», — говорит он.