Historia Podcastit

Mammoth DNA rikkoi maailman vanhimman sekvenssin ennätyksen

Mammoth DNA rikkoi maailman vanhimman sekvenssin ennätyksen


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Tutkijat ovat sekvensoineet maailman vanhimman tunnetun DNA: n. Muinainen DNA-analyysi rikkoo maailman vanhimman sekvensoidun DNA: n ennätyksen käyttämällä varhaisen ja keskimmäisen pleistotseenin alikausien materiaalia. Se tulee mammutin jäännöksistä, jotka löydettiin Siperian ikiroudasta, ja osoittaa, että oikeissa olosuhteissa muinainen DNA voi selviytyä yli miljoona vuotta.

Mutta tuon hyvin muinaisen DNA: n analyysi riippuu myös tutkijoista, joilla on oikea tekniikka. Onneksi Tukholmassa sijaitsevan paleogeneettisen keskuksen tutkijoiden johtama kansainvälinen tiimi tarjosi edistynyttä sekvensointitekniikkaa ja bioinformatiikkaa. A Luonto uutisraportti uudelle paperille kertoo, että tutkijat työnsivät nykyisen tekniikan lähes rajaansa, jotta Siperian ikiroudassa säilyneet mammuttihampaat voisivat poimia muinaisia ​​DNA -juosteita. Luontotutkimuksen vanhempi kirjailija Love Dalén, paleogeneettisen keskuksen evoluutiogeenin professori, toteaa, että tiederyhmä on ollut onnekas sanoen:

"Ei ole niin, että kaikki ikiroudasta löytyvä toimii aina. Suurimmassa osassa näytteistä on paskaa DNA: ta. ”

Kuinka muinainen mammutti -DNA on rikkonut ennätyksiä

Löytö on todella hämmästyttävä, koska organismin kuoleman jälkeen sen kromosomit pienenevät vähitellen ja pienenevät, ja useimmissa tapauksissa äärimmäisen vanhoista DNA -juosteista on tullut niin pieniä, että ne ovat menettäneet kaiken tietosisällön. Mutta uusi artikkeli julkaistiin lehdessä Luonto osoittaa, että tiimi on onnistunut saamaan 49 miljoonaa perusparia ydin-DNA: ta 1,65 miljoonan vuoden ikäisestä hampaasta, joka löydettiin lähellä Krestovka-nimistä kylää (hammas on myös nimetty Krestovkaksi). He poimivat myös 884 miljoonaa emäsparia muinaista DNA: ta 1,3 miljoonan vuoden ikäisestä hampaasta, jota he kutsuvat Adychaksi, ja 3,7 miljardia emäsparia DNA: sta 600 000 vuotta vanhasta villaisesta mammuttihampaasta, jota he kutsuivat Chukochyaksi. Kolme mammutin jäännöstä löydettiin 1970 -luvulla ja ne ovat osa Venäjän tiedeakatemian kokoelmaa Moskovassa.

Rakasta Dalénia ja pääkirjailija Patrícia Pečnerováa mammutinkiusalla Wrangelin saarella. (Luotto: Gleb Danilov)

The Luonto uutisraportti selittää, että muinainen mammutti-DNA-tutkimus ei ole paljastanut vanhimpia biomolekyylitietoja fossiilisista ennätyksistä-se on proteiini, joka on sekvensoitu vuonna 2016 3,8 miljoonan vuoden ikäisistä Tansanian strutsimunankuorista. Toisella sijalla on proteiinisekvenssi Georgiasta peräisin olevalta 1,77 miljoonan vuoden sarvikuonohampaalta, joka analysoitiin vuonna 2019. Vaikka proteiini on kovempaa ja voi selviytyä erittäin vanhoissa fossiileissa paikoista, joissa ei ole ikiroudasta, se ei ole hyödyllinen DNA tutkijoille, jotka haluavat tutkia organismin syntyperää.

  • Asuiko ihminen ja mammutti koskaan harmoniassa? Ei aivan…
  • Hämmästyttävä uusi Siperian mammutti voi johtaa kloonauksen läpimurtoon
  • Onko tämä todiste varhaisen miehen aseistetusta norsunluusta villaisista mammutistaustaista tappaa ... villaiset mammutit?

Tämä on vain yksi syy siihen, miksi uusi mammutin DNA -tutkimus on niin tärkeä - se sisältää geneettistä tietoa, jota ei ole ollut saatavilla vanhemmissa proteiininäytteissä.

Toinen syy siihen, miksi tutkimus saa otsikoita, on se, että se on voittanut muinaisen DNA: n genomista 560 000-780 000 vuotta vanhasta hevosen jalan luusta, joka löytyy Kanadan Yukonin alueelta vanhinta muinaista DNA-sekvenssiä varten. Laitettaessa mammutinäytteiden ikä kontekstiin Dalén sanoi:

"Tämä DNA on uskomattoman vanha. Näytteet ovat tuhat kertaa vanhempia kuin viikinkijäännökset ja jopa ennen ihmisten olemassaoloa Neandertalilaiset.”

Ensimmäinen esimerkki muinaisen DNA: n hybridispesifikaatiosta

Uusi tutkimus on myös vahvistanut tutkijoiden kykyä seurata spesifikaation evoluutioprosessia - uusien ja erillisten lajien muodostumista. A Luonto lehdistötiedotteessa todetaan, että tämä prosessi tapahtuu yleensä "ajanjaksoina, joiden uskotaan ylittävän DNA -tutkimuksen rajat".

Viljaisen mammutin syöksyhammas löydettiin puronpohjasta Wrangelin saarelta vuonna 2017. (Luotto: Love Dalén)

Siitä huolimatta tiedemiesten tekemä tutkimus mammutin DNA: sta viittaa siihen, että varhaisen pleistotseenin aikana nykyisen Itä -Siperian alueella ei ollut yhtä, vaan kaksi erilaista mammutin sukua. Adychan ja Chukochyan uskotaan kuuluvan lajeihin, jotka ovat synnyttäneet villaisen mammutin, mutta Krestovka näyttää olevan peräisin tuntemattomasta ja mahdollisesti kokonaan uudesta mammutin suvusta. Tom van der Valk, tutkimuksen pääkirjailija ja bioinformatiikan ammattilainen Uppsalan yliopistossa Ruotsissa, selittää tutkijoiden järkytyksen tästä löydöstä:

- Tämä tuli meille täydellisenä yllätyksenä. Kaikki aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että Siperiassa oli tuolloin vain yksi mammuttilaji, nimeltään steppimamutti. Mutta DNA -analyysimme osoittavat nyt, että oli olemassa kaksi erilaista geneettistä sukua, joita me täällä kutsumme Adycha -mammutiksi ja Krestovka -mammutiksi. Emme voi vielä sanoa varmasti, mutta uskomme, että nämä voivat edustaa kahta eri lajia. ”

Tutkimuksessaan tutkijat ehdottavat, että Krestovkan genomi on saattanut poiketa muista mammuteista 2,66-1,78 miljoonaa vuotta sitten. He uskovat myös, että tämä mammuttilinja ”oli esi -isä ensimmäisille mammuteille, jotka asuttivat Pohjois -Amerikan”. Näyttää siltä, ​​että Pohjois -Amerikan Kolumbian mammutit ( Mammuthus columbi ) voi jäljittää puolet esivanhemmistaan ​​villaisiin mammuteihin ja puolet aiemmin tunnistamattomaan Krestovkan mammuttiin.

The Luonto uutisraportissa todetaan, että tämä tarkoittaa sitä, että uusi tutkimus on myös antanut ensimmäisen todistuksen "hybridilajittelusta" - uudesta lajista, joka muodostuu sekoittamalla - joka löytyy muinaisesta DNA: sta. Tutkimuksen toinen pääkirjailija Patrícia Pečnerová, evoluution biologi Ruotsin luonnonhistoriallisesta museosta, sanoo, että tiimi uskoo, että ”Kolumbian mammutti, yksi Pohjois-Amerikan tunnetuimmista jääkauden lajeista, kehittyi hybridisaation kautta, joka tapahtui noin 420 tuhatta vuotta sitten. "

Kuinka pitkälle tutkijat voivat mennä?

Lopuksi muinainen mammutin DNA -tutkimus on innoittanut Dalénia analysoimaan enemmän ikirouta -eläinnäytteitä, jotka ovat peräisin yli miljoonasta vuodesta. Seuraava hänen listallaan? Myskihärkiä, hirviä ja lemmikkejä. Mutta evoluutiogeenin professori tietää, että on ikäraja, jota hän ei voi ylittää analysoidessaan muinaista DNA: ta - 2,6 miljoonaa vuotta - "Se on ikuisen huurun raja. Ennen sitä oli liian lämmin ”, hän sanoo.

Villainen mammutinkiuska nousee ikiroudasta Wrangel -saaren keskustassa Koillis -Siperiassa. (Luotto: Love Dalén)


Miljoona vuotta vanhat mammutin hampaat tuottavat maailman vanhimman DNA: n

Miljoona vuotta sitten Siperian arojen mammutit sisälsivät monia geneettisiä mukautuksia matalille lämpötiloille, mikä auttoi myöhempää villamaista mammuttia menestymään. Tämä jälleenrakennus perustuu tietoon, joka on kerätty vanhimmasta koskaan sekvensoidusta DNA: sta.

Tutkijat ovat sekvensoineet tähän mennessä vanhimman DNA: n, murtaen symbolisen esteen muinaisten genomien tutkimuksessa ja avaamalla ennennäkemättömän ikkunan Pohjois -Amerikan sukupuuttoon kuolleiden jääkauden jättiläisten - Kolumbian ja villaisten mammuttien - kehitykseen.

Tehtävä ei todennäköisesti herätä nisäkkäitä Jurassic-puisto tyyli virkistys -tutkimus ei ole ensimmäinen, joka sekvensoi mammutin genomin, eikä se tuo ihmiskuntaa lähemmäksi mammutin elvyttämistä. Sen sijaan yli miljoona vuotta vanha DNA -tutkimus, julkaistu vuonna Luonto keskiviikkona asettaa virstanpylvään nopeasti kasvavalle muinaisen DNA: n tutkimukselle, lähes kaksinkertaistamalla kaikkien aikojen vanhimman genomin ennätyksen.

DNA tulee kolmesta mammuttihampaasta, jotka venäläinen paleontologi Andrei Sher löysi Siperiasta 1970 -luvun alussa. Tutkijat arvioivat, että nuorin kolmesta hampaasta on noin 500 000 - 800 000 vuotta vanha, kun taas kaksi vanhempaa ovat miljoonan ja 1,2 miljoonan vuoden ikäisiä. Seuraavaksi vanhin koskaan sekvensoitu DNA tuli Kanadan Yukonin alueelta löydetystä lähes 700 000 vuotta vanhasta hevosfossiilista.

"Tämän hieman maagisen yli miljoonan vuoden vanhan esteen rikkominen avaa uuden aikaikkunan, niin sanotusti, ja evoluutioperspektiivin", sanoo johtava tutkija Tom van der Valk, Uppsalan yliopiston bioinformatiikan tutkija, joka työskenteli tutkimuksen aikana. Paleogenetiikan keskuksessa Tukholmassa, Ruotsissa.

Tulokset lisäävät yllättäviä yksityiskohtia tutkijoiden kuvaan Pohjois -Amerikan mammuttien kehityksestä. Ensinnäkin hampaiden muinainen DNA viittaa vahvasti siihen, että Pohjois -Amerikan Kolumbian mammutti, yksi suurimmista Pohjois -Amerikan mammuttilajeista, on hybridi, joka syntyi 400 000 - 500 000 vuotta sitten - tämä tosiasia paljastui vain, koska tutkimuksen vanhempi DNA edustaa dramaattisesti tätä risteytystä. "Jos tarkastelemme korkeamman asteen organismeja, kuten selkärankaisia, en voi ajatella yhtäkään esimerkkiä, jossa ihmiset ovat ottaneet näytteitä ennen lajin alkuperää", sanoo tutkimuksen yhteistyökumppani Love Dalén, geneettikko Palaeogenetics Centeristä.

"Vanhin kolmesta hampaasta, jonka tiedemiehet kutsuivat Krestovkaksi joen mukaan, jonka läheltä se löydettiin, näyttää kuuluvan aiemmin tuntemattomaan geneettiseen sukuun."

Mitä kauemmas ajassa taaksepäin DNA -tietueet voivat mennä, sitä enemmän tutkijat voivat oppia evoluution toiminnasta. Tutkimuksen menestys merkitsee myös sitä, että täydellisissä olosuhteissa voi olla mahdollista nähdä vieläkin syvempiä katseita evoluutioon, mahdollisesti muutaman miljoonan vuoden takaa. (Mikä tahansa sitä vanhempi, ja DNA rikkoutuisi palasiksi, jotka ovat liian pieniä koottavaksi.)

Hampaiden työ alkoi vuonna 2017, kun paleogeettinen keskus sai näytteitä hampaista Venäjän tiedeakatemialta. COVID-19-ikäisenä tuttuina suojapuvuissa pukeutunut tiimi, jota johtaa tutkijatohtori Patrícia Pečnerová, tutkijatohtori, nyt Kööpenhaminan yliopistossa Tanskassa, jauhettiin 50 milligrammaa luujauhetta pois jokaisesta näytteestä. Pečnerová uutti sitten varovasti pieniä määriä DNA: ta kustakin ripauksesta jauhetta sarjaan kemiallisia kylpyjä, jotka väkevöivät DNA: n pieniin nestepisaroihin, jotka eivät olleet suurempia kuin pippuria.

"Pohjimmiltaan olen kuin kotelossa - kasvonaamion ja kasvonsuojuksen kanssa - yritän todella minimoida saastumisen", Pečnerová sanoo. "Yksi [ihmisen] solu voi pudota putkeen" ja pilata näytteen.

Tämän DNA: n sekvensointi oli vasta ensimmäinen askel. Seuraavaksi van der Valkin ja hänen kollegoidensa oli varmistettava, että he keskittyivät vain DNA -katkelmiin, jotka olivat aidosti vanhoja ja aidosti mammutteja. Loppujen lopuksi hampaat oli haudattu yli miljoonan vuoden ajan ikiroutaan, joka oli täynnä mikrobit, ja lukemattomat tutkijat olivat kaivanneet ja käsitelleet niitä lähes viiden vuosikymmenen aikana. Huolimatta parhaista pyrkimyksistä ehkäistä saastumista, tutkijoiden oli kamppailtava kaiken ylimääräisen DNA: n kanssa, jonka hampaat olivat keränneet matkoillaan.

Viikkojen laskennallisen murskaamisen jälkeen sekvensoidun DNA: n jälkeen joukkue pystyi tunnistamaan tarkasti mammutin DNA: n katkelmat niin lyhyiksi kuin 35 emäsparia ja kartoittamaan ne genomille, joka elämässä oli yli kolme miljardia emäsparia pitkä.

Villakoiran mammutin syöksyhampaat nousevat toisinaan koillis -Siperiassa sijaitsevan Wrangel -saaren ikiroudasta. Wrangelin saari oli yksi mammuttien viimeisistä turvapaikoista, ja jotkut selvisivät siellä vuoteen 2500 eaa., Joten se oli hyödyllinen paikka mammutin DNA: n löytämiseen.


Maailman vanhin DNA löydetty miljoonien vuosien mammuteista

Tutkijat sanovat löytäneensä vanhimman DNA: n. Sitä löydettiin mammuttien hampaista, jotka asuivat Koillis -Siperiassa jopa 1,2 miljoonaa vuotta sitten.

Mammutti oli eräänlainen varhainen norsu, joka eli jääkaudella. Löytö voi johtaa parempaan ymmärrykseen kauan kuolleista lajia.

DNA on aine, joka kuljettaa geneettistä tietoa elävien olentojen soluissa. Tutkijat sanovat toipuneensa ja sekvensoitu DNA kolmen mammutin jäännöksistä.

Jäänteet - jotka olivat pysyvästi jäätyneessä maassa - löydettiin 1970 -luvulta lähtien. Mutta tutkijoilla ei tuolloin ollut kykyä löytää ja poistaa DNA: ta.

Vanhin kolmesta mammutista löydettiin lähellä Krestovka -jokea Siperiassa. Se oli noin 1,2 miljoonaa vuotta vanha. Toinen, lähellä Adycha -jokea, oli 1–1,2 miljoonaa vuotta vanha. Kolmas, Chukochya -joen läheltä, oli noin 700 000 vuotta vanha.

Löytö oli ylivoimaisesti "vanhin koskaan löydetty DNA", sanoi geenitieteilijä Love Dalén Ruotsin paleogeneettisestä keskuksesta. Hän johti tutkimusta, jota äskettäin kuvattiin julkaisun tutkimuksessa Luonto.

Tähän mennessä vanhin tallennettu DNA oli peräisin Kanadan Yukon -alueella asuneen hevosen jalkaluusta. Tutkijat arvioivat hevosen olevan 560 000-780 000 vuotta vanha.

Vertailun vuoksi oma laji, Homo sapiens, uskotaan ilmestyneen ensimmäisen kerran noin 300 000 vuotta sitten.

Mammutti -DNA ”oli äärimmäisen suuri alentunut hyvin pieniksi paloiksi ”, Dalén sanoi. Hän selitti, että tutkijoiden oli sekvensoitava miljardeja palasia geneettistä materiaalia lopullisen DNA -sekvenssin löytämiseksi.

Suurin osa esihistoriallisista olennoista tulee luuston tutkimisesta fossiileja. Mutta muinainen DNA voi tarjota paljon yksityiskohtaisempia tietoja yksittäisistä organismeista.

DNA voi kuitenkin vahingoittua ajan myötä. Uudet tutkimusmenetelmät sallivat nyt tutkijoiden saada talteen vielä vanhemman DNA: n.

Näiden menetelmien kehittyessä Dalén sanoi, että hänen mielestään pitäisi olla mahdollista työskennellä jopa kolmen miljoonan vuoden vanhan DNA: n kanssa.

Tällaiset menetelmät voisivat johtaa parempaan tietoon useista vanhoista lajeista. Ne voivat tarjota arvokasta tietoa uusien lajien muodostumisesta, jota fossiilit eivät voi, Dalén sanoi.

Menetelmät eivät kuitenkaan riitä auttamaan meitä ymmärtämään paremmin dinosauruksia, jotka kuolivat noin 65 miljoonaa vuotta sitten.

Tutkijat oppivat mammuttien kehityksestä ja muuttoliikkeestä vertaamalla DNA: ta äskettäin eläneiden mammuttien DNA: han. Viimeiset mammutit kuolivat noin 4000 vuotta sitten.

Krestovkan mammutin DNA osoittaa, että se irtosi tunnetusta villaisesta mammutista noin 2 miljoonaa vuotta sitten.

Geenitieteilijä Tom van der Valk auttoi johtamaan tutkimusta. Hän sanoi, että näyttää siltä, ​​että Krestovkan mammuttiperheen jäsenet olivat ensimmäiset mammutit, jotka muuttivat Siperiasta Pohjois -Amerikkaan noin 1,5 miljoonaa vuotta sitten.

Uutistoimisto Reuters kertoi asiasta. Susan Shand mukautti sen englannin oppimiseen. Toimittajana toimi Bryan Lynn.


Muinaisen DNA: n tulevaisuus

Vaikka tutkijat ovat jo pitkään odottaneet miljoonan vuoden vanhaa genomia, tämän kynnyksen ylittäminen on tärkeää, sanoo Israelin Tel Avivin yliopiston paleogeenikko Viviane Slon. "On ero sen välillä, mitä ajattelemme mahdolliseksi ja sen osoittamisen."

Tom van der Valk, bioinformatiikan ammattilainen Uppsalan yliopistossa Ruotsissa, joka johti mammuttihampaatyötä evoluutiobiologien Patrícia Pečnerován ja David Díez-del-Molinon kanssa SMNH: ssa, toivoo, että se rohkaisee muita laboratorioita. "Se on symbolinen este, jonka toivon voivani inspiroida ja motivoida muita ryhmiä, joilla on ajatuksia todella syväaikaisesta sekvensoinnista."

Ylittäessään miljoonan vuoden kynnyksen muinaiset DNA-tutkijat saattavat päästä käsiksi muiden isojen ja pienten nisäkkäiden varhaisiin historioihin, Dalén sanoo. Hyvin vanhoja ikiroutanäytteitä myskin härkiä, hirviä ja lemmikkejä on nyt hänen laboratorionsa tutkassa.

Mammutti -DNA ei edusta fossiilisten tietueiden vanhimpia biomolekyylitietoja. Vuonna 2016 tutkijat raportoivat 3,8 miljoonan vuoden ikäisten strutsimunankuorten proteiinisekvenssit Tansaniasta 3, ja vuonna 2019 toinen tiimi dekoodasi proteiinit 1,77 miljoonan vuoden ikäisestä sarvikuonohammasta Georgiasta 4. Proteiinisekvenssit ovat yleensä paljon vähemmän informatiivisia organismin syntyperästä kuin DNA. Mutta proteiinimolekyylit ovat paljon kestävämpiä, joten tutkijat voivat käyttää niitä keräämään oivalluksia hyvin vanhoista fossiileista, jotka löytyvät paikoista, joissa ei ole ikiroudasta. Strutsi- ja sarvikuononäytteet ovat kumpikin arkeologisista kohteista, jotka ovat kuuluisia hominiinijäännöksistä.

Mahdollisuudet löytää ikivanhasta miljoonavuotisia jäänteitä ikivanhasta sukulaisista ovat hyvin pienet, tutkijat sanovat. Mutta Dalén uskoo, että oikea ympäristö, kuten syvä luola, voisi tuottaa vanhoja näytteitä. Varhaiset neandertalinilaiset jäänteet Espanjan luolasta, jotka on päivätty 430 000 vuotta sitten, edustavat tähän mennessä löydettyä muinaisen ihmissukulaisen vanhinta DNA: ta 5. "Unelma olisi löytää hominiini sellaisessa ihanteellisessa ympäristössä säilyttämiseksi kuin ikirouta", Slon sanoo.

Mitä tulee muinaisen DNA: n todennäköiseen ikärajaan, Dalén sanoo, että se on helppo määrittää: ”2,6 miljoonaa vuotta. Se on ikiroutan raja. Sitä ennen oli liian lämmin. ”


Maailman vanhin DNA löydettiin 1,2 miljoonan vuoden vanhasta mammutista

Paleogenetiikan tutkimuksella on paljon opittavaa meille elämän kehityksestä maan päällä. Viime aikoihin asti vanhin uutettu ja tutkittu DNA oli jääkauden hevosen kanadalaisesta ikiroutasta löydetty ja noin 700 000 vuoden vanha DNA. Tukholman paleogeneettisen keskuksen viimeaikainen työ on ottanut hämmästyttävän suuren harppauksen eteenpäin ja asettanut uuden ennätyksen vanhimmasta koskaan sekvensoidusta DNA: sta. Vuonna julkaistussa lehdessä Luonto, tutkijat ilmoittivat järjestävänsä mammutti -DNA: n, jonka uskotaan olevan vähintään 1,2 miljoonaa vuotta vanha. Tämä jännittävä uutinen sisälsi myös täysin tunnetun mammuttilajin löytämisen, joka todennäköisesti oli edeltäjä Mammuthus columbi joka vaelsi esihistoriallisessa Pohjois -Amerikassa.

Tohtori Tom van der Valkin johdolla tiimi käytti näytteitä Koillis -Siperiasta löydetyistä mammuttihampaista. Kolme erillistä näytettä analysoitiin, ja vanhin oli Krestovka -mammutti, jota seurasi Adycha -mammutti, sitten nuorin Chukochya -mammutti. “nuorin ” mammutti & mdashat vain 500 000 - 800 000 vuotta vanha & mdashalone olisi asettanut ennätyksen vanhimmasta sekvensoitavasta DNA: sta. Kuitenkin Krestovkan näyte löydettiin tähän mennessä noin 1,2 miljoonaa vuotta sitten lähellä olevien geologisten kerrostumien perusteella. Mitokondrioiden DNA: n mukaan eläin on voinut elää jo 1,65 miljoonaa vuotta sitten. Kaikki kolme yksilöä ovat paljon vanhempia kuin “classic ” villainen mammutti, joka vaelsi Euraasiassa noin 700 000 vuotta sitten.

Kolmen mammutinäytteen DNA: n käsittelemiseksi ryhmän oli rekonstruoitava voimakkaasti heikentyneet geneettiset sekvenssit. DNA muodostuu emäsparien merkkijonoiksi, mutta olennon kuoleman jälkeen nämä merkkijonot alkavat hajota yhä pienemmiksi palasiksi. Tutkijat kuvailivat haasteensa palapelin kokoamiseksi. “ Mitä enemmän palapelin palasia sinulla on, sitä vaikeampaa on palauttaa koko palapeli, ” selittää tohtori van der Valk. Tätä tehtävää vaikeutti muiden organismien, kuten bakteerien, hajonneen DNA: n läsnäolo. Tiimi käytti kuitenkin selkeämpiä mammuttiprofiileja uusimmista näytteistä sekä nykyaikaisten norsujen DNA: ta ohjaamaan niiden jälleenrakentamista.

Tämä DNA on vanhin sekvensoitu näyte, joka on valtava harppaus paleogenetiikalle. Ryhmän tutkimus on myös historiallinen uuden esihistoriallisen mammutin lajin löytämisen suhteen. Nuorin näyte on yksi vanhimmista esimerkeistä kuuluisista villaisista mammuteista (Mammuthus primigenius). Keskimmäinen mammutti on kuitenkin villaisten olentojen tunnettu esi -isä. Tunnetaan nimellä arojen mammutti, sen tieteellinen nimi on Mammuthus trogontherii. Vanhin näyte, joka tunnetaan nimellä Krestovka -mammutti, eroaa geneettisesti muista kahdesta. Kun näyte oli rekonstruoitu, se osoittautui aiemmin tuntemattomaksi mammuttilajeksi.

Krestovkan näytteen DNA on lisätty tunnettuun mammuttilajien sukututkimukseen. Tutkijat ilmoittivat, että vertailujen kautta he havaitsivat myös, että Pohjois -Amerikan kolumbialainen mammutti (Mammuthus columbi) on villan mammutin ja tämän äskettäin löydetyn Krestovka -lajikkeen hybridi. Kolumbian mammutti vaelsi noin 11 000 - 1,5 miljoonaa vuotta sitten. Tämä geneettinen yhdistelmä merkitsee suurten petojen maailmanlaajuista sukupuu. Amerikan luonnontieteellisen museon paleontologi Ross MacPhee (joka ei ollut mukana tutkimuksessa) kertoi Smithsonian -lehti, “Se viittaa siihen, että vanhan ja uuden maailman mammutit toimivat valtavasti hajautettuna metapopulaationa.

Tämä “mammoth ” -tutkimus (tarkoituksena on sanaleikki) viittaa siihen, että paleogenetiikalla on mahdollisuus kirjoittaa uudelleen tietämyksemme monista esihistoriallisista olennoista, mukaan lukien nykyajan ihmisten esi -isät.


Askel taaksepäin mammutin historiassa

Elokuvasarjan fanit Jääkausi saattaa olla visio mammuteista jättiläismäisiksi olennoiksi, mutta villainen mammutti (Mammuthus primigenius) uskotaan olleen kooltaan samanlainen kuin afrikkalaiset norsut.

Mammuttien arvioidaan ilmestyneen ensimmäistä kertaa Afrikassa

5 miljoonaa vuotta sitten. Aikana Pleistotseeni aikakausi - joka tunnetaan myös nimellä jääkausi - mammutit kehittyivät, minkä seurauksena syntyi erilaisia ​​lajeja, kuten eteläinen mammutti (Mammuthus meridionalis), arojen mammutti (Mammuthus trogontheri) ja lopulta Kolumbian (Mammathus columbi) ja villaiset mammutit.

"[Tutkimuksen] päätavoitteena oli saada genomit talteen ennen villaisen mammutin alkuperää ja sen jälkeen", van der Valk sanoi.

Kolmen tutkimuksessa analysoidun muinaisen mammutin molaarit oli haudattu 0,7–1,2 miljoonaa vuotta Siperian ikiroudassa ennen niiden louhintaa 1970 -luvulla.

Vanhin mammutinäyte - jota ryhmä kutsuu Krestovkan mammutiksi - oli morfologisesti samanlainen kuin arojen mammutti. Toisen näytteen, joka tunnetaan nimellä "Adycha", ikä oli vähemmän tunnettu, mutta sen morfologia ehdotti sen olevan 1-1,2 miljoonaa vuotta. Kolmas ja nuorin mammutinäyte, "Chukochya", oli morfologisesti samanlainen kuin villamammutin varhainen muoto, ja sen arvioitiin saaneen tietoja 0–– 0,8 miljoonan vuoden ajalta.

Hahmotellessaan menetelmiä paperissa, kirjoittajat kirjoittavat: "Me otimme DNA: ta kolmesta molaarista käyttäen menetelmiä, jotka on suunniteltu palauttamaan erittäin hajonneet DNA -fragmentit, muutimme uutteet kirjastoiksi ja sekvensoitiin nämä."


Keskustelemme joistakin kohokohdista Luonnon tiedotus. Tällä kertaa neandertalin geeni tekee aivomaisista organoideista kuoppaisia ​​ja paljastaa Stonehengen kivirenkaan alkuperäisen sijainnin.

Älä koskaan missaa jaksoa: Tilaa Nature Podcast -kanavaApplen podcastit,Google Podcastit,Spotify tai suosikkipodcast -sovelluksesi. Päätässä Nature Podcast RSS -syötteelle.

Transkriptio

Kuuntele uusimmat tieteelliset uutiset Benjamin Thompsonin ja Shamini Bundellin kanssa.

Juontaja: Benjamin Thompson

Tervetuloa takaisin Luonto Podcast. Tällä viikolla miljoonan vuoden ikäinen mammutin DNA ...

Ja miten taide voi täydentää tiedettä. Olen Shamini Bundell.

Juontaja: Benjamin Thompson

Haastattelija: Benjamin Thompson

Kun on kyse evoluution sukupuiden yhdistämisestä, yksi parhaista vihjeistä siitä, mitä DNA: sta löytyy. Vertaamalla Asin, Ts: n, Cs: n ja G: n pitkiä merkkijonoja tutkijat voivat katsoa ajassa taaksepäin ja oppia kuinka eri lajit ovat kehittyneet ja miten populaatiot sekoittuvat. Mutta valitettavasti DNA -sekvensointi voi viedä tutkijat vain tähän mennessä. Se on melko hauras molekyyli, ja jos sitä ei lukita oikeaan ympäristöön, se hajoaa nopeasti. Jo vuonna 2013 tiedemiesryhmä teki uuden ennätyksen hevosen sukulaisen luusta uutetun ja jopa 780 000 vuotta vanhan muinaisen genomin talteenotosta ja sekvensoinnista. Tämä ennätys kesti kahdeksan vuotta. Mutta tällä viikolla ilmestyy lehti Luonto olettaa, että se on rikki, sillä tutkijaryhmä on onnistunut sekvensoimaan DNA: n eräistä villamammutin muinaisista sukulaisista. Lisätietoja saadakseni soitin Love Dalénille Tukholman Paleogenetiikan keskuksesta, joka on yksi paperin kirjoittajista. Tarkoitan, että meidän on aloitettava todella puhumalla levystä. Tarkoitan, olet sekvensoinut tähän mennessä vanhimman DNA: n, joka on koskaan saatu talteen. Kuinka vanhoista puhumme ja mistä se tuli?

Haastateltava: Love Dalén

Meillä on siis kolme näytettä. Kaikki ovat kotoisin Koillis -Siperiasta. Yksi heistä on noin 700 000 vuotta vanha, toinen 1,1 miljoonaa vuotta vanha ja kolmas noin 1,2 miljoonaa vuotta vanha, ja saimme tämän DNA: n pois Siperian ikuisesta huurusta kerätyistä mammuttihampaista. Ja niin, mitä myöhäinen kollegamme Andrei Sher teki kerätessään nämä näytteet jo 1970 -luvulla, oli se, että hän kaivoi ikuista huurua, jossa hän tiesi, että nämä osat olivat todella vanhoja, ja niin hän löysi nämä yksittäiset hampaat tulevan ikiroudasta.

Haastattelija: Benjamin Thompson

No, missä tällainen laittaa asiat geologiseen aikaan? Mikä on 1,2 miljoonaa vuotta sitten?

Haastateltava: Love Dalén

No, 1,2 miljoonaa vuotta sitten on 1000 kertaa vanhempi kuin viikinkien aikakausi, joten se on todella vanha. Se on jopa ennen nykyajan ihmisten ja neandertalilaisten olemassaoloa. Elämme silloin eräänlaista alkupuoliskoa, jota kutsutaan pleistoseeniksi, joka on jääkausien aikakausi.

Haastattelija: Benjamin Thompson

Joten nämä hampaat ovat peräisin tuolloin, mutta ne kaivettiin 1970 -luvulla. Miksi päätit, että nyt on oikea aika tutkia niitä?

Haastateltava: Love Dalén

No, olemme tunteneet, olen tiennyt näistä yksilöistä vuodesta 2007, mutta silloin tekniikka ei yksinkertaisesti ollut siellä edes yrittää tehdä tätä. Niinpä DNA -sekvensointitekniikassa on tapahtunut tämä suuri vallankumous ja että yhdistettynä sekä edistykseen eräänlaisissa laboratoriomenetelmissä DNA: n erottamiseksi ja mahdollisesti erityisen tärkeissä edistysaskeleissa bioinformatiikan menetelmissä tämän DNA: n todentamisessa ja käsittelyssä, se oli oikeasti aika tehdä tämä vasta viime vuosina.

Haastattelija: Benjamin Thompson

Tarkoitan, sinulla on nämä kolme hammasta. Miten onnistut muokkaamaan muinaista DNA: ta ja saamaan tämän sekvenssin? Tarkoitan, kuvittelen, että sen on oltava uskomattoman hauras.

Haastateltava: Love Dalén

Kyllä, se on melko hauras. DNA: lle tapahtuu, vaikka se on jäädytetty, ajan mittaan, että se hajoaa pienemmiksi ja pienemmiksi paloiksi. Joten, pohjimmiltaan mammutin genomi, kun saamme sen, on jaettu 20–50 miljoonaan kappaleeseen, joten se on melko suuri palapeli selvitettäväksi. Vaikein ongelma on saastuminen. Joten ensimmäinen askel on ottaa nämä hampaat ja käyttää hammaslääkäriporaa hampaan pinnan poistamiseen, koska pinta on peitetty epäpuhtauksilla. Sitten poraamme siihen, keräämme hieman jauhetta, noin 50 milligrammaa, joka on kuin ripaus suolaa siinä määrin kuin otamme, ja keräämme sen ja toivottavasti se on suhteellisen puhdasta epäpuhtauksista. Tämä tarkoittaa, että tutkimuksessamme vanhimpien hammasnäytteiden osalta 99% saamastamme DNA: sta on edelleen epäpuhtauksia ja noin 1% DNA: sta on todella peräisin mammutista. Joten otamme tämän jauheen ja sekoitamme sen sitten eri kemikaalien kanssa ja sitten käytämme erilaisia ​​menetelmiä tämän DNA: n puhdistamiseksi niin, että lopulta saamme DNA: n puhtaassa muodossa liuottavassa vedessä.

Haastattelija: Benjamin Thompson

Sinulla on siis kolme hammasta. Mistä tiedät, että he ovat niin vanhoja? Tiedätkö tämän katsomalla DNA -sekvenssiä vai antiko nämä vihjeet sieltä, missä ne löydettiin?

Haastateltava: Love Dalén

On siis pääasiassa kaksi tapaa tietää näiden yksilöiden ikä. Yksi on, että paleontologiakollegamme ovat käyttäneet geologisia menetelmiä näyteaineistojen valmistamiseen, joten tiesimme etukäteen suunnilleen kuinka vanhoja nämä näytteet olivat. Mutta kun saimme geneettiset tiedot, voisimme myös käyttää molekyylikelloa - oletusta, että mutaatiot tapahtuvat suhteellisen vakionopeudella - suorittamaan molekyylinen dating, joka oli riippumaton geologisesta datasta. Ja kun teemme niin, huomaamme, että kaksi nuorempaa yksilöä saamme enemmän tai vähemmän täsmälleen samanikäisiksi, plus tai miinus muutama sata tuhatta vuotta, mutta suurten asioiden mukaan saamme periaatteessa samanikäiset. Vanhimman näytteen osalta DNA -tiedot sanovat itse asiassa, että se on hieman vanhempi 1,6 miljoonaa vuotta. Ja niin, emme tiedä miksi näin on, mutta on silti erittäin lohdullista, että nämä kaksi erilaista, riippumatonta menetelmää antavat meille periaatteessa saman tuloksen siinä mielessä, että kaksi näistä näytteistä on yli miljoona vuotta vanhoja ja rehellisesti sanottuna, analyysimme kannalta ei ole niin tärkeää, onko vanhempi 1,2 tai 1,6 miljoonaa vuotta vanha. Se on todella vanha.

Haastattelija: Benjamin Thompson

Tarkoitan, luultavasti et tehnyt tätä vain saadaksesi ennätyksen, eikö? Halusit todella saada tietoja mammuttipuusta. Nyt ilmeisesti tunnen villaiset mammutit, luulen - tästä opimme koulussa - mutta ne ovat ehkä joitain uusimpia mammuttilajeja. Ja mitä olet tehnyt täällä, olet pystynyt todella ymmärtämään, kuinka eri lajit, jotka menivät aina miljoona vuotta sitten, sopivat puuhun. Tarkoitan, mikä tarina tässä on?

Haastateltava: Love Dalén

Noin 1–2 miljoonaa vuotta sitten Siperiassa meillä on sellainen mammuttityyppi, jota on kutsuttu aro -mammutiksi, ja mammutin evoluution klassinen malli on, että nämä steppimammutit olivat villa- ja kolumbialaisen mammutin esi -isiä Pohjois -Amerikasta. Ja niin, mitä halusimme tehdä, oli testata hypoteeseja näiden esi -isien mammuttien sekä villaisen mammutin ja Kolumbian mammutin välisestä suhteesta. Suureksi yllätykseksemme havaitsemme, että yksi näistä näytteistä, 1,2 miljoonaa vuotta vanha, jota nyt kutsumme Krestovkan mammutiksi, kuului meille täysin tuntemattomaan geneettiseen sukuun. Ja me katsomme toista todella vanhaa näytettä, joka oli 1,1 miljoonaa vuotta vanha, tämä näyttää olevan suoraan esi -isä villaisille mammuteille. Ja niin, meillä on kaksi näytettä, yksi on 1,2 ja toinen on 1,1. miljoona vuotta vanhoja, ja he kuuluvat täysin erilaisiin mammutin sukuihin. Ja sitten käy ilmi, että Pohjois -Amerikan kolumbialainen mammutti on hybridi tämän Krestovka -mammutin ja villaisen mammutin välillä, ja mitä voimme nähdä geneettisistä tiedoista, on se, että Kolumbian mammutti on itse asiassa 50% sen genomista Krestovka ja 50% genomista näyttävät tulevan villaisesta mammutista. Uskomme, että tämä hybridisaatio tapahtui noin 420 000 vuotta sitten, oletettavasti Pohjois -Amerikassa.

Haastattelija: Benjamin Thompson

Silloin olet voinut palata ajassa taaksepäin hyvin pitkän matkan. On selvää, että se on erittäin hyödyllistä. Se on antanut sinulle paljon tietoa mammuttipuusta, mutta missä se jättää muinaisen DNA: n kentän? Mitä muuta voisimme oppia tuloksena?

Haastateltava: Love Dalén

Tämä on todellakin ajanjakso, noin miljoona vuotta, jolloin monet nisäkäslajit ja lintulajit ovat kehittyneet, joten mielestäni laajemmassa mielessä avaamme oven tulevalle tutkimusalalle, jossa voimme mennä syvälle ajassa ja opiskella makroevoluutiomuutoksia, kuten lajittelutapahtumia, monissa muissa lajeissa, jotka myös kävivät läpi nämä suuret evoluutiomuutokset noin miljoona vuotta sitten.

Haastattelija: Benjamin Thompson

Lopulta, kuinka pitkälle taaksepäin luulette, että voimme mennä? We’re at about 1.2 million years old now. Theoretically, what do you think the limit is and how close do you think we’ll get to it?

Interviewee: Love Dalén

If I remember correctly, I think theoretical models put the limit in frozen conditions at up towards, I don’t know, 3-4 million years, something like that. The problem here is of course that you need to have a sample that has been frozen more or less continuously and, beyond 2.6 million years, to my knowledge, there is no permafrost. So, I think maybe the sort of environment puts an upper limit to this, but we can definitely go more than 1.2. My guess would be that it should be possible to go beyond 2 million as well, but exactly how far back is of course impossible to say. There are so many assumptions there.

Interviewer: Benjamin Thompson

That was Love Dalén. To find out more about the million-year-old mammoth genome, look out for a link to the paper in this week’s show notes.

Coming up, we’ll be hearing why having a bit of art in your science or a bit of science in your art can be a great thing. Right now, though, it’s time for the Research Highlights with Dan Fox.

As the most massive planet in the Solar System, Jupiter is regularly pelted by objects. Now, a team of researchers have recorded one of these celestial impacts. Previously, astronomers needed to be content with watching these cosmic collisions from afar, but this impact was captured by NASA’s Juno spacecraft, which has been orbiting Jupiter since 2016. An ultraviolet instrument aboard Juno recorded a short flash in Jupiter’s northern hemisphere in April last year. The researchers believe it probably came from a fireball created as a space rock between one and four metres across, burned up in the Jovian atmosphere. The team estimate that there could be 24,000 of these impacts every year. If that research has made an impact, read it in full at Geofysiikan tutkimuskirjeet.

The long-snouted, shark-like predators called sawfish have vanished from nearly 60% of their historical habitat and are nearing extinction, according to new research. Sawfish are rays known for their chainsaw-like noses and their large size. Some species routinely reach 5 metres in length. They live near seashores and in mangrove forests, habitats that are rapidly disappearing. To study what this means for the five species in the family, scientists reviewed sawfish research conducted between 2014 and 2019 in 64 countries. From this, they estimated the distribution of these fishes. They found that fishing and habitat loss have driven sawfish to extinction in 55 of the 90 countries whose waters they once occupied. Saving the sawfish, the researchers say, will require countries to protect the creatures’ offshore habitats and to ban fishers from keeping sawfish that are caught in their nets. Read that research in full at Science Advances.

Art and science. To some, these are polar opposites, as different as chalk and cheese. But to others, these two disciplines are a perfect pair which complement and benefit one another. The relationship between art and science has been perennially discussed and today, it’s caught the attention of Luonto’s very own Nick Petrić Howe, who’s been talking to an artist and a scientist reaching across the divide.

Interviewee: Abrian Curington

Interviewer: Nick Petrić Howe

This is Abrian Curington. She is an illustrator from Washington State in the US who writes fantasy graphic novels, has a penchant for cartography, and loves the oceans and the stars.

Interviewee: Muzz Haniffa

Interviewer: Nick Petrić Howe

And this is Muzz Haniffa. She is a researcher of dermatology and immunology at Newcastle University in the UK who investigates the function of immune cells in the skin. Despite being separated by a metaphorical and literal ocean, these two women have an interest in the intersection between art and science. Abrian is an artist but also a self-described nerd who has always had in interest in science.

Interviewee: Abrian Curington

Growing up, I seemed to split my time between reading and making up stories and studying cool rocks that I picked up on my walks.

Interviewer: Nick Petrić Howe

And Muzz is a scientist who has an artistic side.

Interviewee: Muzz Haniffa

I have always been interested in the interface between art and science.

Interviewer: Nick Petrić Howe

So, when opportunities arose for this scientist and this artist to combine these so-called disparate disciplines, they jumped at the chance. For Muzz, this occurred when she attended a welcome conference that brought together artists and scientists.

Interviewee: Muzz Haniffa

And I just happened to sit at lunch next to a professor of modern and American literature, Linda Anderson, and I started talking to her, and the rest really was history.

Interviewer: Nick Petrić Howe

That history she’s referring to was a collaboration between Muzz and many artists to try and find new ways to communicate her research to people, to expand beyond the typical writing of papers for your peers that is so central to science. This effort culminated in an event called Inside Skin, where artists transformed Muzz’s work on the gene expression of immune cells in the skin into interactive exhibits.

Interviewee: Muzz Haniffa

We had a booth which had like sound and LED visual display, and the light display and the sound was essentially a transformation of the gene expression data, so the intensity of the genes that were expressed were transformed into this. And the idea of going into a booth and putting headphones on so that you can hear the cells and see the visual display of the cells in a way that was almost engulfing you was very much about the immune cell called macrophage and dendritic cells, and their job is to engulf substances around them, and so this was a way of you kind of being engulfed, to hear them and see them. Another one which was one which is a bit more sensory, so you can touch these circuit boards which would then send electric circuits across other panels, and that meant that, depending on the pressure, how much you touch, where you touch, it would send different patterns, and this was to depict how cells communicated with one another.

Interviewer: Nick Petrić Howe

The response from the public was overwhelmingly positive, and it showed Muzz the ability of art to communicate science. For artist Abrian, science has always played a role in her artwork. She includes science in her illustrations, even in places where you might not think it would fit.

Interviewee: Abrian Curington

I’ve spent an inordinate amount of time on a scene where my main character was trying to calculate the physics of a minotaur smashing into a wall. I actually contacted a mathematician like, ‘How are we going to work this out?’ So, I have this whole thing about calculating fantasy physics just for fun because I just think its delightful.

Interviewer: Nick Petrić Howe

So, when Abrian discovered a possibility to join a scientific expedition aboard a research vessel, she figured it was a great way to expand her artwork whilst also exploring her passions of the oceans and the stars.

Interviewee: Abrian Curington

I actually got put on, somehow, the most perfect expedition. It was seeking space rocks, and we worked with a NASA team to search for meteorites on the seafloor. It was a perfect blend of sea and space, and I was just delighted to work with them and learn about all of their research.

Interviewer: Nick Petrić Howe

For Abrian, the expedition mostly involved asking interesting questions and observing the researchers, and to cap off the experience she illustrated the voyage.

Interviewee: Abrian Curington

I painted a scene of the remote operated vehicle SuBastian underwater, scooping up sediment. They’re essentially using a sieve to scoop up sediment and shake it around and look for meteorites. Then I showed the research vessel, Falkor, above the ocean, and all around that I have a border that showcases little moments, little sea creatures that were found, the maps that were used, a scene of the Moon over the midnight sky, which was amazing because it was just pitch black darkness but you had this shining Moon and the white waves, just a falling meteorite, just little snippets of the adventure. And so, all parts of the team were able to say, ‘I remember that,’ and, ‘I remember that.’ So, I printed a bunch of them and gave them to the crew and science team as a thank you.

Interviewer: Nick Petrić Howe

This, and other experiences with scientists, have helped Abrian become more comfortable showcasing science in her artwork.

Interviewee: Abrian Curington

At the moment, I’m looking into writing a story that involves different dimensions, and so I can write that, but I always like to research about whatever I’m studying. So, I’ll research different dimensions, and usually, I’ll find information that makes whatever I’m making up even more interesting because real life is infinitely more fascinating, typically, than anything that we can come up with. So, I’ve definitely taken more interest in the world around me even more so that I have before, and in having to talk to people about visual storytelling and visual communication in non-fiction settings, I’ve actually had to up my game on visual storytelling. You can kind of cheat around a little bit, but if you’re having to explain it to somebody else, you have to bone up some more on what you already know. So, I’ve definitely grown as an artist and as a visual storyteller, and I’ve gotten to do things that I never thought I would do, speak at conferences, go out at more expeditions, so just great all around.

Interviewer: Nick Petrić Howe

For scientist Muzz, by working with artists to showcase her work to the public, she has changed the way she things about her science and how to identify what’s important.

Interviewee: Muzz Haniffa

Yeah, I mean, the way that it has shaped my research since is to kind of think of the concepts that you have. I mean, it sort of a) directed me to kind of what people kind of think is important, b) research areas that are important because although these are kind of like art exhibits, there are biological messages and also kind of the focus on people who have skin disorders, so homing in on to kind of what is actually important for the public and patients in general. Also, thinking about the reason why we do research and how I can communicate the research ideas and findings in a more meaningful way, that has been shaped by those interactions.

Interviewer: Nick Petrić Howe

For both Muzz and Abrian, the experience of intertwining their fields has been extremely positive, and they both feel that they have grown as a result. Maybe your research could benefit from art too. If you’re intrigued, Muzz has this advice.

Interviewee: Muzz Haniffa

Anna palaa. Don’t feel that you can’t do this because I never thought I could go on this journey and find myself enjoying it and thinking that it’s such a fantastic experience. There are lots and lots of individuals and organisations that are going to be able to help you, and it’s such a fantastically enriching experience and it will change how you approach science and how you approach public engagement in the future.

That was Muzz Haniffa from Newcastle University. You also heard from Abrian Curington who’s based in Washington State. If you’re interested in reading more about artists and scientists coming together, then make sure you check out the show notes where there’ll be a link to Luonto careers article with many more examples. Also, we’ll include some links to a few resources for any of you who might be interesting in doing something similar.

Host: Benjamin Thompson

Finally on the show, it’s time for the weekly Briefing chat, where we discuss a couple of articles that have been highlighted in the Nature Briefing. Shamini, what have you been reading this week?

So, I have found some really fascinating research this week. It’s a really fun and sort of quite creative paper in Tiede, and it’s all about how do we figure out what our ancient relatives’ brains look like, so Neanderthals, say. Ben, if you wanted to figure out what a Neanderthal’s brain looked like, how would you go about that?

Host: Benjamin Thompson

I mean, it’s a tricky one, right? We talked about ancient DNA earlier in the show, so maybe you could go back into that and have a look and try and piece something together? I don’t know, really.

Yeah, so DNA is kind of really limited because all you’re looking at is sort of genes and sequences. How do you know what that actually appears as in an actual brain? It’s really hard to hypothesise about what that might be. So, some researchers have sort of tried quite an ingenious way to get around that by growing brain organoids with a Neanderthal gene in.

Host: Benjamin Thompson

Right, I mean we covered brain organoids, these mini-brains, on the pod a few months back. They’re fascinating things. So, now we’ve got a mini-brain with a little bit of a Neanderthal flavour as well.

Yeah, and what they’re sort of trying to do is see if there are any obvious changes with one Neanderthal gene involved compared to the sort of human brain organoids. So, these are tiny, like half-centimetre clusters of stem cells that have been sort of induced to crate brain-like tissue. It’s not a full-grown brain or anything. But they’ve grown up one set of organoids with the Neanderthal version of this gene called NOVA1, and one set with the human version of this gene.

Host: Benjamin Thompson

Right, I mean, compare and contrast then. What has this one difference made between the two?

It’s quite surprisingly a really obvious visual difference. So, there are actually photos in this article and you can see that the shape of these tiny little clusters of cells is completely different. So, the organoids with the Neanderthal version of NOVA1 are basically like really bumpy looking compared to the sort of smooth, round human ones. They are potentially a little bit smaller and they might even more mature more quickly.

Host: Benjamin Thompson

But obviously, this is only one gene that’s changed, and these aren’t sort of fully-fledged brains. These are, as you say, very small organoids, mini-brains, in a petri dish. What else can be learnt from this other than they look a bit different?

Yeah, so, on the one hand, it is only one gene. The researchers have sort of picked a gene that they think is very significant in the differences between Neanderthals and humans. So, the Neanderthal version of this gene is common to Neanderthals and Denisovans, whereas humans have a lot of Neanderthal genes in us, but every single human has the modern human version of this gene. So, it seems like it’s significant that our NOVA1 is this way. It seems really important in our evolution. But then again, it’s only one gene that you’re changing, whereas in our DNA, a whole load of genes have changed, so we don’t know whether changing that one gene in otherwise modern human cells has a sort of cascade effect on loads of different genes that wouldn’t be the case in a Neanderthal. Plus, of course, as you say, it’s not a brain, it’s an organoid.

Host: Benjamin Thompson

Well, yeah, of course, Shamini, brains, as we know, are fantastically complicated things. Is the plan now to maybe put in different genes, more genes, to work out maybe a bit more about Neanderthal brains?

Yeah, and to some extent the idea isn’t just to figure out what a Neanderthal brain is like but to figure out how our brains evolved, and this technique, done on sort of different genes, maybe different species, sort of combined together could give us a lot more insight into things like that. And so, what research have you got for us today?

Host: Benjamin Thompson

Well, Shamini, as you know, I love a stone circle or really anything stone circle adjacent to be honest with you. I’ve been to ones on the Hebridean islands off the coast of Scotland, I’ve been to a stone circle in the Lake District. Sea Henge off the coast of near where I used to live is fascinating to me as well.

I didn’t know this about you. This is a well-kept secret. I’m not even sure I’ve even heard of all of the different henges that exist.

Host: Benjamin Thompson

There is, though, the one right at the top – Stone Henge. You’ve heard of that one of course.

The one, yes, I know that one, the big one.

Host: Benjamin Thompson

Yeah, well, some new research has come out published this week in Antiikin and written about in Tiede, suggesting that Stone Henge, in some cases, is kind of second-hand.

So, the sort of most iconic monument in England is actually just nabbed from somewhere else?

Host: Benjamin Thompson

Yeah, I mean, I don’t think necessarily it’s been nabbed, but it has come quite a long way. Now, let’s have a bit of a chat about Stone Henge here. Of course, when you think about it, you think of those kind of vertical stones with kind of a crossbar stone across the top, right, and in this case, we’re not actually talking about those ones. Stone Henge was kind of built in stages, and one of the early stages, about 3,000 years ago, I think, was this kind of ring of stones, this sort of thing called a blue stone. And it’s been a bit of a mystery as to exactly the voyage that they took from where they were quarried to Salisbury Plain where they are now.

So, yeah, I think I’ve heard something about this that one of the sort of amazing things is the fact that they were quarried so far away. The stone that they’re made of clearly came from miles away.

Host: Benjamin Thompson

Yeah, absolutely right. So, it’s known that these stones were quarried in Wales, several hundred kilometres away, but what’s been a bit of confusion is there’s kind of a gap of a few hundred years between when it was sort of estimated these stones were quarried and when they appeared at Stone Henge. And so, researchers have been trying to find out what happened in between.

And how do you go about tracing the life history of a piece of rock?

Host: Benjamin Thompson

Well, you do a lot of searching, Shamini. In this case, it took over a decade. And so, there had been some theories that there had been a sort of intermediary stone circle somewhere in Wales, and researchers have been searching for it, and it looks like they’ve found it, which is kind of amazing. In particular, they looked at one sort of area only a few kilometres from where the stones were quarried, and there was kind of four stones there that looked a little bit like kind of the Stone Henge stone circle, right, and they excavated it and excavated it, and it turns out that these four stones were part of a massive circle with a lot of holes that would have contained other stones.

Oh my gosh. This is suspicious. Were they sort of holes the same size as the Stone Henge stones by any chance?

Host: Benjamin Thompson

I mean, absolutely right, they were. In one case, there’s this one particular sort of stone from Stone Henge, they kind of scanned that and scanned the hole, and literally is like a lock and key situation. He menevät yhdessä. And there’s other things giving evidence that one became the other. So, both of these sort of circles, the entrance to them was oriented to sunrise on the summer solstice, and they did some kind of chemical analysis of the holes and it suggested that the stones were put there and then maybe 300 or 400 years later they were taken away and moved somewhere else, adding yet more evidence that this sort of intermediary stop was a stepping stone, if you will, to Stone Henge.

It’s strange enough to think that whoever built Stone Henge bothered to transport the materials so far, but then to build a stone circle and then take it down and then go miles away and build another one. I mean, do we have any idea what were these people doing? What was going on back then?

Host: Benjamin Thompson

Yeah, lots of questions and very few answers, I’m afraid to say. But it maybe is part of a larger migration. So, some kind of bones of animals and humans found, I think, around the Stone Henge area, analysis of those suggested that they spent at least part of their existence near the coast of Wales. And other evidence suggested that human activity dropped in this area of Wales when the Welsh circle was demolished, but the researches don’t know why that is just yet. So, I mean, potentially, it could just be it was a link to the past and they wanted to take their culture with them when they migrated from one place to another.

So, this is another one of the stories – we’ve had lots of them on the podcast today – where the easiest thing to do would just be to get a time machine and go back in time and find out what was actually going on, but it’s fascinating to see all the different methods that researchers are using to piece together the past, so thank you very much, Ben. And listeners, if you want to know about all the stories we’ve discussed, you can find links to those in the show notes. And if you’re interested in more stories like this but instead as an email, then make sure you check out the Nature Briefing. Again, we’ll put a link in the show notes to where you can sign up.

Host: Benjamin Thompson

And that’s all we’ve got time for this week. Don’t forget to keep an eye out on your podcast feed for the next edition of Coronapod, which will be coming out in a couple of days. I’m Benjamin Thompson.


A sequence surprise

Already, the new study is shedding light on how North America’s mammoths evolved. To the researchers’ shock, the new study’s DNA sequences are so old that they predate the origins of the Columbian mammoth, one of two major mammoth species that once roamed North America—giving scientists fresh insight into how mammoths evolved.

By 1.5 million years ago, relatives of Europe and Asia’s steppe mammoth had arrived in North America from Siberia, crossing a land bridge now covered by the Bering Strait. These fresh arrivals later gave rise to the Columbian mammoth. By about 100,000 to 200,000 years ago, North America was home to at least two main types of mammoths: woolly mammoths in the north, and Columbian mammoths as far south as Mexico. Researchers also knew from past genetic studies that Columbian mammoths and woolly mammoths interbred.

Paleontologists have long used mammoths’ distinctive upper molars to help tease apart different species. Based on fossil mammoth teeth, paleontologists traditionally had surmised that the mammoths present in North America after about 1.5 million years ago were Columbian mammoths. But whereas the fossil tooth record shows continuity, the genetic record in the new DNA study reveals change.

Two of the new study’s mammoth genomes fall into the lineage that later gave rise to woolly mammoths. But DNA from the oldest of the three teeth, nicknamed Krestovka by the scientists after the river near which it was found, seems to fall into a previously unknown genetic lineage, one that about 1.5 million years ago split from the lineage containing the other two teeth.


Mammoth molars yield the oldest DNA ever sequenced

A genetic analysis of long-extinct Siberian mammoths has nearly doubled the record for the oldest DNA yet sequenced. The genetic material, from a creature that roamed frozen lands some 1.2 million years ago, pushes the study of ancient DNA closer to its theoretical limit—and reveals a new lineage of mammoth.

“I love this paper,” says Ludovic Orlando, a paleogeneticist at Paul Sabatier University whose team previously held the record for oldest DNA sequenced, from a 750,000-year-old horse. “I have been waiting since 2013 [for] our world record for the oldest genome to be broken.”

Genetic material breaks down relatively quickly in most environments. The oldest DNA sequenced from humans in Africa dates to about 15,000 years ago in Europe, scientists have sequenced DNA from a Neanderthal that lived some 120,000 years ago. But the DNA of living things buried in permafrost can persist for much, much longer, as the deep freeze slows chemical degradation.

In the 1970s, Russian paleontologist Andrei Sher discovered a trove of frozen remains at several sites in northeastern Siberia, including a trio of mammoths. Based on the orientation of magnetic materials in the surrounding rocks and the types of rodents found buried alongside them, the researchers estimated that the mammoths had lived about 1.2 million, 1 million, and 700,000 years ago.

The researchers behind the new study drilled out tiny samples from the molar of each mammoth—about a pinch of salt’s worth—and attempted to extract DNA. The ravages of time had degraded the DNA into many billions of short, fragmented sequences. “The more puzzle pieces you have, the harder it is to reconstruct the whole puzzle,” says co-author Tom van der Valk, an evolutionary geneticist at Uppsala University.

To put those pieces together, researchers used the previously sequenced genomes of elephants and of much younger mammoth remains as a reference. It was a bit like “looking at the picture on the puzzle box,” says Love Dalén, an evolutionary geneticist at the Centre for Palaeogenetics in Stockholm and study co-author. When the researchers plotted the relationships between the older mammoths and the elephants and estimated how long it would have taken for their genes to diverge, the dates matched those provided by the earlier methods.

The youngest mammoth, at about 700,000 years old, is one of the oldest known woolly mammoths, cold-weather specialists that ranged across the Northern Hemisphere for hundreds of thousands of years. Most died out about 10,500 years ago when the climate warmed at the end of the last ice age (though a small population persisted north of the Bering Strait until about 4000 years ago).

The second mammoth, dated to about 1 million years old, was a steppe mammoth, the direct ancestor to woolly mammoths, the researchers report today in Nature . The third and oldest specimen, at about 1.2 million years old, belongs to a previously unknown lineage, which the researchers named Krestovka after a village near where it was found. By linking several of this mammoth’s genes to known traits, they learned it already possessed many of the extreme cold adaptations of the later woolly mammoths, including thick fur and ample fat deposits. The researchers also discovered that North America’s Columbian mammoths, which went extinct about 13,000 years ago, shared about half their genes with the new lineage and the other half with woolly mammoths. The researchers suspect the Krestovka mammoth entered North America about 1.5 million years ago, then hybridized with woolly mammoths about 1 million years later to produce the continent’s distinct subspecies.

Some scientists had doubted whether it was even possible to sequence DNA that was more than 1 million years old. “These [specimens] push back pretty substantially what we’d come to think of as the oldest possible ancient DNA,” says co-author and evolutionary biologist Beth Shapiro of the University of California, Santa Cruz. Theoretically, it’s possible to sequence DNA that’s as old as the permafrost itself, or about 2.6 million years, Dalén and van der Valk say.

“It’s an exciting study revealing [that DNA can survive] beyond what many in the field would have predicted being the upper limit just a decade ago,” says geneticist and ancient DNA expert Eske Willerslev of the University of Cambridge, who wasn’t involved with the study.

Vincent Lynch, an evolutionary developmental biologist at the University at Buffalo, says the new study adds considerably to what scientists know about mammoths, including the origins of the Columbian mammoths. Yet the mammoths’ eventual fate should serve as a warning to our own species, he adds. “They were an extremely common, widespread population that went extinct very quickly … because of climate change. There’s got to be a lesson for us in that.”


How they did it

DNA starts degrading the moment an animal dies, so how did the international team of scientists piece together these three mammoth genomes? They had the already mapped the genome of the African savannah elephant (Loxodonta africana) ja mitochondrial genome (DNA inherited through the maternal line) of the Asian elephant (Elephas maximus). These previously sequenced genomes were like the image on a puzzle box elephants are relatives of mammoths, so their genetic data served as a useful reference for the mammoths' genomes.

The tiny fragments of ancient DNA, which the team extracted from the mammoths' molar teeth, were the puzzle pieces. Though Siberia's cold permafrost helped preserve the mammoth's DNA, bacteria and other degrading elements like enzymes had broken that DNA into small fragments, some as short as 35 base pairs, the "letters" that make up DNA. Using an algorithm, the researchers discarded the foreign DNA that had contaminated the mammoth samples, including DNA from microbes. They also discarded any uncertain puzzle pieces of DNA that appeared to fit in the mammoth genome, but could have come from other animals that had contaminated the samples.

After the algorithm analyzed billions and billions of DNA puzzle pieces, the researchers had the mammoth's genomes, some more complete than others. The 1.2 million-year-old mammoth, Krestovka was the least complete at about 49 million base pairs, "which is a relatively small fraction of [the] genome, but still more than enough to confidently place the genome on the [family] tree," van der Valk said.

The 1 million-year-old steppe mammoth, Adycha, had about 884 million base pairs, or 25% to 30% of its genome completed. And the 700,000-year-old woolly mammoth, Chukochya, had about 3.6 billion base pairs, or 70% to 80% of its genome sequenced, van der Valk said. Meanwhile, the team was able to completely reassemble the mitochondrial genomes of each mammoth.

The mitochondrial DNA was key, because researchers know the rate at which mitochondrial gene mutations occur, which helped them date the samples. The team also dated the mammoths' based on geological data, such as biostratigraphy (dating the specimens based on the ages of neighboring fossils and geologic formations) and paleomagnetism (dating signatures left by Earth's changing magnetic field in the samples).

So, how long can ancient DNA survive? The scientists think that it's possible to retrieve even older genomes. "An educated guess would be that we could recover DNA that is 2 million years old, and possibly go even as far back as 2.6 million," study co-researcher Anders Götherström, a professor in molecular archaeology and joint research leader at the Center for Palaeogenetics, said in a statement. "Before that, there was no permafrost where ancient DNA could have been preserved."

The study was published online Wednesday (Feb. 16) in the journal Nature.


Katso video: Scientists Plan to Resurrect Extinct Woolly Mammoths in Real-Life Jurassic Park in Arctic! (Saattaa 2022).


Kommentit:

  1. Dogor

    Olet osunut merkkiin. Mielestäni mikä on loistava ajatus.

  2. Gak

    Sano tässä kysymyksessä, että se voi kestää kauan.

  3. Meztidal

    Exact the messages

  4. JoJojar

    Se ymmärrykseni yläpuolella!

  5. Calldwr

    Et ole oikeassa. Suosittelen keskustelemaan. Kirjoita minulle PM, niin jutellaan.

  6. Cathmore

    Don't give me the minute?



Kirjoittaa viestin