Международная группа исследователей изучила волосы из шерсти мамонтов, найденных в разное время в сибирской вечной мерзлоте. Десять изученных мамонтов жили в промежуток от 50 до 12 тысяч лет назад. Ранее образцы митохондриальных ДНК (мтДНК) получали только из костных и мышечных тканей, и таким образом были расшифрованы мтДНК всего семи видов вымерших животных: четырех птиц, двух мамонтов и одного мастодонта.
Как рассказал один из авторов исследования Стивен Шустер, научная ценность результатов исследования ДНК из костей и мышц вымерших животных относительна. Последовательности ДНК обычно деградируют, и возможно загрязнение их чужеродным генетическим материалом — например, бактериальным. Обычно в руки ученых попадает очень маленькое количество незагрязненных костных и мышечных фрагментов, исследование которых сопряжено с огромными трудностями — расшифровка генома может длиться до шести лет.
В данном случае все оказалось гораздо проще: обработка данных, полученных с помощью сиквенса ДНК, и составление полной последовательности мтДНК занимала у коллеги Шустера Уэбба Миллера всего пять минут.
Разработанная учеными методика позволяет быстро и эффективно анализировать большое количество различных последовательностей в мтДНК волос. Специалисты уверены, что это позволит им заняться геномами других видов, а также полностью расшифровать гораздо более длинные цепочки ядерных ДНК вымерших животных.
«Результаты нынешних исследований представляют собой лишь начальный этап полного секвенирования генома мамонта», — сказал Шустер в интервью ScienceDaily.
Для расшифровки применялся метод стохастических геномных фрагментов, при котором длинные цепочки нуклеотидов разрезают на части с помощью рестриктаз (бактериальных ферментов, специфически расщепляющих ДНК). Расшифрованные фрагменты затем вновь соединяются с помощью компьютерной программы. Для генного анализа достаточно 0,2 грамма стержневой части волос.
«Как правило, при упоминании о секвенировании ДНК волос люди полагают, что речь идет о клетках из корневой их части, стержень волос кажется им мертвой зоной, — говорит Шустер. — Но мы знаем, что ДНК в стержне защищена чем-то наподобие биологического пластика».
Шерсть млекопитающих встречается в ископаемом состоянии не так часто, как кости. Однако ДНК в волосах сохраняется гораздо лучше: разрушению молекул препятствует кератин. Помимо этого волосы легко очистить от бактерий из окружающей среды. Даже после промывания в растворах, убивающих чужеродные ДНК на поверхности, последовательности нуклеотидов внутри волос остаются неизменными.
Образцы шерсти для анализа отбирали у музейных экспонатов.
Один из них — мамонт Адамса, который является первым полным скелетом мамонта в истории палеозоологии, — уже более 200 лет хранится в Петербургском зоологическом музее при комнатной температуре.
Его нашли в устье Лены в 1799 году, а в 1804–1806 гг. зоолог Михаил Адамс с помощью тунгусов извлек мамонта из вечной мерзлоты и доставил в Петербург вместе с частью шкуры, волосы из которой и были использованы для генного анализа.
Если методика, предложенная Шустером и Миллером, будет приспособлена для изучения шерсти других животных и перьев птиц, то, проанализировав образцы из коллекций многочисленных музеев мира, зоологи смогут создать более точное фамильное древо вымерших видов. Шустер планирует замахнуться на музейные экспонаты, собранные великими естествоиспытателями — Чарльзом Дарвином, Александром фон Гумбольдтом и Карлом Линнеем.
Как говорят ученые, они собираются применить свой метод для анализа других содержащих кератин тканей животных, таких как когти и рога.
Подробное описание исследований опубликовано в последнем номере журнала Science. Авторы статьи: Томас Гилберт из Центра древней генетики Копенгагенского университета, а также Стивен Шустер и Уэбб Миллер из Центра сравнительной геномики и биоинформатики при Университете штата Пенсильвания в соавторстве с большой группой ученых и хранителей музеев из России, Бельгии, Великобритании, Дании, Италии, США, Франции и Швеции.