№ 4

Декабрь/2022

Russian Traveler 04/2022

Учёные выделили самую древнюю ДНК в мире. Она помогла узнать, кто жил в Гренландии 2 миллиона лет назад

Фото: American Museum of Natural History

Мастодонты в представлении художника

Палеогенетики реконструировали экосистему на острове по древнейшей ДНК.

Сегодня северо-восточная оконечность Гренландии – довольно негостеприимное место, где мало животных и растений. Новое исследование доказало, что когда-то здешний ландшафт был совсем другим. А произошло это благодаря изучению самой древней ДНК, которую когда-либо удавалось выделить палеогенетикам – и ей аж два миллиона лет. 

Раньше самой древней ДНК считалась та, которая была извлечена из зубов сибирского мамонта. Биологи изучили ее в прошлом году, и это позволило узнать много нового об эволюции этих животных. До настоящего времени это был рекорд. 

Теперь команда во главе с палеогенетиком Эске Виллерслевом из Копенгагенского университета сообщила о новом прорывном открытии. Они извлекли ДНК из окаменелостей, которым около двух миллионов лет! Остатки древних хоботных и других животных и растений были добыты из мерзлой почвы в формации Кап-Копенгаген на Земле Пири – самом северном и гористом полуострове Гренландии, расположенном между заливами Виктория-фьорд и Индепенденс-фьорд.

Это открытие знаменательно не только изучением старейшей доступной учёным ДНК – оно также позволило выявить в Гренландии древнюю и богатую флорой и фауной экосистему.

«Никто не мог бы предсказать существование такой экосистемы в северной Гренландии в то время», – Эске Виллерслев.

Почему ДНК так сложно извлекать из древних организмов? 

Со временем ДНК деградирует из-за микробной ферментативной активности, механического сдвига и спонтанных химических реакций, таких как гидролиз и окисление. Если древней ДНК и суждено выжить, то обычно это происходит в зубах и костях, где она относительно защищена. Дополнительно она защищается в условиях вечной мерзлоты, где и были найдены остатки мастодонта и других живых организмов. 

«Мы показали, что при правильных обстоятельствах теперь мы можем путешествовать во времени дальше, чем кто-либо мог себе представить», – пишут исследователи.

Ряд образцов, собранных изо льда и вечной мерзлоты дал ученым возможность восстановить и реконструировать экологическую ДНК давно вымерших животных. Учёные собрали окаменелые образцы давно, но они ждали своего часа в морозильной комнате годами. 

«Только после того, как было разработано новое поколение оборудования для выделения и секвенирования ДНК, мы смогли найти и идентифицировать очень маленькие и поврежденные фрагменты ДНК в образцах донных отложений. Это означало, что мы, наконец, смогли составить карту экосистемы возрастом два миллиона лет», – Курт Кьер, соавтор исследования.

ДНК, извлеченная из образцов после длительной и кропотливой работы, нельзя было изучить еще несколько лет назад: фрагменты были крошечными, всего нанометры в длину, сильно деградировавшими и очень неполными.

Однако достижения в области генетического секвенирования за последние несколько десятилетий позволили ученым создать обширную базу данных ДНК окружающего нас мира. Такие «архивы» ДНК позволили учёным сравнивать сложные фрагменты генетической последовательности. Они могли кропотливо реконструировать недостающие фрагменты для переписи организмов, чей генетический материал был заперт в горных породах на протяжении многих тысячелетий.

«Образцы древней ДНК были найдены глубоко в осадочных породах, накопившихся за 20 тысяч лет. Осадок в конечном итоге сохранился во льду или вечной мерзлоте и, что особенно важно, не подвергался воздействию человека в течение двух миллионов лет», – Курт Кьер.

Записи ДНК подтверждают, что в Гренландии два миллиона лет назад жили зайцы, мастодонты, северные олени, грызуны и гуси, которые являются предками их современных и позднеплейстоценовых родственников. А присутствие морских видов, включая мечехвоста и зеленых водорослей, предполагает намного более теплый климат в этом месте, чем сегодня.

Кто такие мастодонты?

Эти хоботные отличались от мамонтов и слонов по ряду признаков, из которых наиболее существенные как раз связаны со строением зубов. У мастодонтов на жевательной поверхности моляров (коренных зубов) находится ряд парных соскообразных бугров. Само название этих животных происходит от греческих слов μαστός «сосок» и ὀδούς «зуб».

Первые мастодонты появились в Африке в олигоцене, примерно 35 млн лет назад. Позднее эти хоботные распространились в Европе, Азии, Северной и Южной Америке. Последние американские мастодонты вымерли около 10 000 лет назад либо из-за влияния климатических факторов, либо из-за охоты на них позднепалеолитических людей.

Эта реконструкция также выявила множество форм растений, совместимых с удивительно умеренным климатом. Исследование показало, что северная часть Гренландии когда-то была открытой бореальной лесной экосистемой со смешанной растительностью из тополя, березы и туи, а также разнообразием арктических и бореальных кустарников и трав.

Исследователи отметили, что ДНК мастодонта (семейство Mammutidae) представляет особый интерес. У всех остальных видов есть сородичи, которые обитают в Гренландии и сейчас. Но раньше никто не предполагал, что во время своего существования мастодонты заходили так далеко на север. 

Виллерслев считает, что работа его команды может кое-что сказать и о том, как будущие экосистемы будут реагировать на изменение климата. «У этих организмов есть способность адаптироваться в составе и в диапазоне, который мы не понимаем и не можем предсказать», – говорит он.