Группа российских ученых сообщила сегодня, 7 февраля, в журнале PloS Biology о выдающемся научном достижении: расшифровке полной последовательности митохондриальной ДНК мамонта, жившего более 30 тыс. лет назад.
Мамонт. Картина Зденека Буриана (изображение с сайта macroevolution.narod.ru)
Попытки выделить ДНК из сохранившихся в вечной мерзлоте костей и мягких тканей мамонтов предпринимаются в последние годы многими исследователями. В большинстве случаев удается выделить лишь очень короткие фрагменты ДНК, которые трудно объединить в более длинные последовательности. Недавно «Элементы» сообщали о расшифровке немецкими учеными митохондриальной ДНК мамонта, собранной воедино из множества очень мелких кусочков, что снижает точность реконструкции.
Профессор Евгений Иванович Рогаев и его коллеги из нескольких научных учреждений России и США сумели с гораздо большей степенью точности реконструировать полную последовательность митохондриальной ДНК мамонта (длиной 16 842 нуклеотида). Это стало возможным благодаря уникальной сохранности ноги мамонта, обнаруженной в 1986 году в вечной мерзлоте на Чукотке, в долине реки Энмынвеем. Мороженая мамонтятина сохранилась настолько хорошо, что в ней даже различимы ядра клеток, а в ядрах — ядерная (хромосомная) ДНК. Это первый случай обнаружения ядерной ДНК у столь древнего животного. Согласно результатам радиоуглеродного анализа, чукотский мамонт жил 32 850 +/– 900 лет назад. Все остальные мамонты, из которых удавалось выделить ДНК, значительно моложе.
Митохондриальный геном мамонта (показано расположение генов на кольцевой молекуле митохондриальной ДНК). Рис. из статьи в PloS Biology
Возможно, в будущем удастся расшифровать фрагменты ядерной ДНК этого мамонта, но пока речь идет о ДНК митохондрий. Митохондриальная ДНК особенно удобна для эволюционных реконструкций, поскольку передается только по материнской линии и не рекомбинирует (т. е. отцовские гены не перемешиваются с материнскими). Кроме того, число копий митохондриальной ДНК в каждой клетке значительно больше, чем ядерной, что особенно важно при генетическом анализе ископаемых остатков древних животных.
Хорошо сохранившийся фрагмент (ступня 33x36 см, голень и голеностопный сустав) задней правой ноги мамонта M. primigenius, найденный в 1986 году на Чукотке в долине реки Энмынвеем. Длина фрагмента 88 см. Фото из статьи в PloS Biology
Из уникальной чукотской ноги удалось выделить необычайно длинные целые фрагменты митохондриальной ДНК — вплоть до 1200–1700 нуклеотидов в одном фрагменте. Выделение ДНК, секвенирование (определение последовательности нуклеотидов) и «сборка» целого митохондриального генома из отсеквенированных фрагментов осуществлялась независимо в двух лабораториях (в России и в США). Как обычно, процедура сборки требовала, чтобы отсеквенированные фрагменты перекрывались, причем с ростом перекрывания растет точность сборки. Перекрытие в данном случае составляло в среднем 30 нуклеотидов, но иногда доходило до 200. Каждый участок митохондриального генома был отсеквенирован как минимум 9 раз в российской и 5 раз в американской лаборатории. В результате всех этих усилий точность и надежность полученной реконструкции оказалась намного выше, чем во всех прежних работах по расшифровке последовательности нуклеотидов в митохондриальной ДНК мамонта.
Сравнение митохондриальной ДНК мамонта и современных слонов подтвердило вывод немецких ученых о том, что мамонты ближе к индийскому, чем к африканскому слону. Разделение линий индийского и африканского слонов произошло 6 млн лет назад. Время разделения первой из этих линий на две (ведущую к мамонту и индийскому слону соответственно) по результатам анализа неполных последовательностей митохондриальной ДНК оценивалось в 5,5 млн лет; по данным российских ученых, это произошло несколько позже — около 4 млн лет назад.
Российские ученые впервые попытались оценить уровень генетической изменчивости сибирских мамонтов. Сравнив между собой все отсеквенированные на сегодняшний день фрагменты митохондриальной ДНК мамонтов, живших в разное время (от 32-33 до 12 тыс. лет назад) в разных районах Сибири, ученые пришли к выводу, что существовавшая в позднем плейстоцене на территории Сибири популяция мамонтов была весьма однородной в генетическом отношении. Современные популяции индийских и африканских слонов гораздо более полиморфны (т. е. у них встречается больше вариаций в последовательности нуклеотидов митохондриальной ДНК). По-видимому, сибирские мамонты имели упрощенную популяционную структуру и, в отличие от современных слонов, представляли собой как бы единую большую семью, не подразделенную на какие-то отдельные кланы или субпопуляции.
