Российские ученые выяснили, почему могли исчезнуть мамонты

Сотрудникам Курчатовского института, похоже, удалось найти клеточную поломку, которая стала для этих животных фатальной

30.05.2018 в 14:38, просмотров: 5251

Пролить свет на возможную причину вымирания мамонтов 4 тысячи лет назад удалось группе ученых из НИЦ «Курчатовский институт», ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН и ряда других отечественных институтов. Они нашли в геноме мамонтенка Хромы, обнаруженного в 2009 году на северо-востоке Якутии, мутацию, которой не оказалось у близких к мамонтам индийских и африканских слонов, и выяснили, как она изменила у своих обладателей структуру важного белка, отвечающего за жизнедеятельность клеток.

Российские ученые выяснили, почему могли исчезнуть мамонты
Мамонтёнок Хрома. фото: Музей Мамонта СВФУ

Исследования начались вскоре после обнаружения Хромы, пролежавшего в вечной мерзлоте 50 тысяч лет. Работу вели ученые лаборатории палео- и этногенетики Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий.

— Так получилось, что Хрома стал пятым мамонтом в мире, у которого ученые определили полную последовательность генома, — говорит начальник лаборатории Артем НЕДОЛУЖКО. — Хотя расшифровка генома не была для нас самоцелью, нам, как и нашим коллегам из Швеции и Соединенных Штатов, которые расшифровывали геномы Врангелевского и Оймяконского мамонтов, а также мамонтов, зашифрованных под номерами М-25 и М-4, было интересно понять особенности жизни и причины гибели представителя фауны древнего ледникового периода, времени, когда человечество уже начало оставлять после себя первые существенные материальные памятники.

К настоящему времени ученые знают немало о шерстистых мамонтах. В частности, то, что мамонты генетически более близки к индийским слонам, нежели к африканским. Хотя их общие предки несколько миллионов лет назад «бежали» именно с Африканского континента. Одна их ветвь дала индийских слонов, другая пошла по Евразии и через цепочку видов, дойдя до Сибири, «превратилась» в шерстистого мамонта. Были времена, когда из Сибири мамонты перебирались на Американский континент, потом вернулись в Евразию и закончили свое существование — окончательно вымерли как вид — на российском острове Врангеля 4 тысячи лет назад.

— На первом этапе исследования мы еще раз доказали, что мамонты и индийские слоны являются ближайшими сородичами, — поясняет Недолужко. — Детеныш мамонта Хрома жил как раз в благополучные для мамонтов времена, в самом расцвете своей «цивилизации». До тотального вымирания у его сородичей впереди были еще десятки тысяч лет.

Подтвердив предыдущие исследования, россияне пошли дальше, чтобы понять, отчего же все-таки вымерли шерстистые мамонты. До последнего времени существовало много разных версий: одни винили человека, другие — заболевания, третьи — климат, изменивший растительность.

Последние серьезные исследования, во время которых изучались геологически более молодые мамонты, пролежавшие в мерзлоте от 40 до 5–4 тысяч лет, были нацелены на то, чтобы понять, какие мутации могли накопить животные за время своего существования. В качестве контрольного образца, естественно, брали ДНК индийского и африканского слонов. У мамонтов генетики выявляли свойства, свидетельствующие об устойчивости к холодному климату. У некоторых более поздних экземпляров — признаки пережитой на острове Врангеля инбредной депрессии (снижение жизнеспособности вида, возникающее в результате скрещивания близкородственных особей). Но возможных патогенов никто из западных ученых так и не нашел. Наши же исследователи наткнулись на мутацию, на которую до них никто не обратил внимания.

— Когда мы изучали геном Хромы, мы составляли список всех его отличий от генома африканского слона, — поясняет Недолужко. — По науке их называют геномными полиморфизмами (мутациями), которые, напомню, в некоторых случаях помогают виду становиться лучше. Если мутации в какой-то момент выгодны для вида, они закрепляются, если невыгодны, то нет. В итоге мы нашли несколько интересных замен, по которым, как ни странно, у мамонта шел положительный отбор. Эти замены были в генах, которые связаны с транспортом молекул в клетках. Мутации в итоге приводили к изменению белка динеина, отвечающего за преобразование в клетке химической энергии в механическую и за эффективность переброски органоидов к центру клетки. Причем изменения тормозили работу этого белка. Понять это нам помогли коллеги из ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН, которые по предоставленным нами последовательностям ДНК восстановили трехмерную структуру динеинов мамонта. На 3D-модели белка шерстистого мамонта (раньше их никто не делал) видна лишняя петелька, которой нет у аналогичного белка слона. И именно она «рассказала» нам о том, что данная мутация не позволяла белку мамонта работать так же эффективно, как белок слона. Если сравнить динеин с почтальоном, который должен вовремя доставлять посылки адресату, то можно сказать, что у мамонта этот почтальон сбился с пути. (Смеется.)

— Но ведь неэффективные мутации не закрепляются...

— Правильно. И мы предполагаем, что поначалу данное изменение в белке было на каком-то этапе эволюции полезно мамонту. Но эффективность транспорта в клетках все равно снижалась, и впоследствии это могло стать одной из причин вымирания.

— Как вы относитесь к работам по клонированию мамонта, о которых говорят японские и американские ученые?

— Ученые длительное время действительно пытаются воссоздать мамонта, вводя его ДНК в яйцеклетку слона. Но из этого так ничего и не произошло. ДНК, добытая из вымершего организма, побита временем, те белки, которые ее формируют, давно умерли… Профессор из Гарварда Джордж Черч сейчас носится с идеей редактировать геном слона, внося туда специфические для мамонта замены. Воссоздав в геноме слона все наиболее важные изменения, соответствующие геному мамонта, может, и удастся получить какое-то существо. Но я бы назвал его скорее не мамонтом, а отредактированным слоном. По большому счету воспроизводить на свет новых мамонтов не стоит, ведь им просто негде будет жить — среда их естественного обитания давно изменилась.

— Тогда в какую сторону, по-вашему, должны двигаться ученые, изучающие мамонтов?

— Мне больше нравится идея о полногеномном изучении временного среза всей мамонтовой популяции, от древних до более современных. Это позволило бы доподлинно изучить на генетическом уровне все, что происходило в популяции десятки тысяч лет назад.

Здесь, в специальных чистых помещениях Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий генетики выделили ДНК Хромы. Фото: Пресс-служба НИЦ «Курчатовский институт»

Справка «МК».

Биологический возраст Хромы ученые определили по зубам — мамонтенку было всего 2 недели от роду, зато по геологическому он оказался гораздо солиднее, чем те мамонты, с которыми исследователи имели дело раньше. Если наиболее старому из найденных мамонтов — Любе — было 40 тысяч лет, то малыш Хрома пролежал в вечной мерзлоте более 50 тысяч лет, а может, и того больше (шкала современных приборов заканчивается на 50-тысячной отметке). Для выделения ДНК Хромы ученые использовали кусочек шкуры, кость и волосы животного. Но материалом, в котором ДНК сохранилась лучше всего, были признаны кости.