Secuenciamos el ADN más antiguo de la historia, de un mamut de un millón de años

La mayoría de la gente cree que el mamut es la famosa especie mística de la última Edad de Hielo, que terminó hace unos 12.000 años. Pero los mamuts se originaron en África hace unos 5 millones de años y luego se extendieron y diversificaron por Eurasia y América del Norte.

Hace aproximadamente un millón de años, había una especie conocida de mamut que habitaba Siberia, el mamut de la estepa. Se pensaba que este era el antepasado de especies posteriores como los mamuts lanudos y colombianos. ¿Pero fue así?

En un nuevo estudioEn este artículo, mostramos un ADN gigante de 1,2 millones de años que se puede recuperar de restos en depósitos de permafrost. Al secuenciar este ADN, estudiando la formación de información genética, encontramos una subespecie de mamut previamente inexplicable, el origen híbrido de la especie de mamut y más.

Una secuencia de ADN de un millón de años

En 2017, recibimos muestras de dientes de mamut muy antiguos, que se congelaron en el tiempo en el permafrost de Siberia. Unos días después, nuestra colega Patricia Beznerova se dirigía al laboratorio con un trabajo obvio: extraer ADN de algunas de las muestras de mamut más antiguas conocidas. pasaste.

Después de unas semanas, estábamos mirando millones de secuencias de ADN que sin duda coinciden con el genoma de los elefantes de la sabana africana, el modelo que usamos para armar un rompecabezas para cada genoma masivo que secuenciamos. Pečnerová construyó algunos árboles filogenéticos rápidos, como el árbol genealógico de la evolución del mamut, y nos los mostró. ¡No fue del todo «Eureka»! Un momento como en las películas, pero cerca.

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Llevó mucho tiempo asegurarse de que estas secuencias eran, de hecho, ADN masivo y muy antiguo. Por ejemplo, el ADN antiguo muestra un patrón bien conocido de daño químico. Si bien esto podría causar problemas para algunos análisis genéticos, también ayuda a separar el verdadero ADN antiguo de los contaminantes modernos, que no presentan tal patrón. Nuestras secuencias de mamut mostraron el patrón esperado.

La secuencia de ADN también tenía otra propiedad del ADN muy antiguo: era muy fragmentaria. En lugar de las secuencias de ADN más largas que se encuentran en muestras de mamut más jóvenes mejor conservadas del permafrost, solo teníamos muestras cortas.

Esto provocó otro problema, porque las secuencias más cortas eran cada vez más difíciles de encajar en la posición correcta del genoma. También se puede confundir con la contaminación. Para evitar esto, tuvimos que deshacernos de todas las secuencias por debajo de un cierto límite de longitud, lo cual es doloroso pero necesario.

Razas perdidas y orígenes mixtos

Intentamos poner nuestras muestras en el contexto de todas las especies de mamuts conocidas. Nuestros resultados indicaron claramente que el espécimen de 1,1 millones de años, al que llamamos Adycha, era un antepasado del mamut lanudo. Pero reunir otra cepa de espécimen, de 1,2 millones de años, que llamamos Krestovka, ha resultado más difícil. A veces parecía estar estrechamente relacionado con el mamut colombiano y, a veces, con el mamut lanudo.

Se necesitaron varios análisis genéticos, horas de discusión y una pizarra para finalmente descubrir por qué esto era así. El mamut colombiano tuvo un origen híbrido, no solo una raza, sino dos.

Nuestros resultados muestran una imagen en la que casi la mitad de los antepasados ​​del mamut colombiano se remonta al Krestovka y la otra mitad al mamut lanudo.

Esto finalmente puede explicar el misterio de larga data del mamut, razón por la cual todos los mamuts colombianos secuenciados hasta la fecha contienen genomas mitocondriales, que son información genética completamente heredada de una madre animal, estrechamente relacionada con la del mamut lanudo. Ahora, creemos que el mamut colombiano probablemente obtuvo mitocondrias al reproducirse con mamuts lanudos hembras.

Evolución: caer en el verbo

Si tuviéramos que preguntar qué hace que el mamut lanudo sea un gigante lanudo, la mayoría de la gente señalaría su pelaje. Pero también hay muchas otras adaptaciones características de los mamuts lanudos a los ambientes árticos, como el aumento de los depósitos de grasa, la tolerancia a temperaturas frías más altas, la modificación de los ritmos circadianos y más. Observamos cuántas de estas modificaciones pudimos encontrar que realmente existieron hace más de un millón de años. Sorprendentemente, encontramos que la mayoría de estas adaptaciones ya estaban presentes en el genoma de Adycha.

Creemos que este hallazgo podría tener amplias implicaciones en el estudio de cómo evolucionaron las especies. Una pregunta abierta en biología evolutiva es si la tasa de adaptación se acelera durante un evento de especiación, a medida que las poblaciones se convierten en especies separadas, o si se trata de un proceso más gradual.

Nuestros datos apoyan el último escenario, ya que no hay evidencia de que una selección natural más rápida haya funcionado durante el nacimiento de los mamuts lanudos. La mayoría de las adaptaciones características del mamut lanudo ya estaban presentes en sus antepasados ​​que vagaban por las estepas siberianas hace más de un millón de años.

¿Dónde está el límite?

Hasta la fecha, la secuencia de ADN más antigua pertenece a Muestra de caballo Se remontan a hace entre 560.000 y 780.000 años y se recuperaron de los depósitos de permafrost en Thistle Creek en Yukon, Canadá.

Los especímenes de mamut de un millón de años comparten una propiedad crucial con el caballo Thistle Creek, ya que se han conservado en depósitos de permafrost bajo cero. Se congeló al morir, o poco después, la degradación de las moléculas de ADN en estos restos se ralentizó durante cientos de miles de años hasta que las recuperamos y secuenciamos.

Creemos que el material preservado en permafrost es muy prometedor para el ADN antiguo. Sin embargo, dado que los depósitos de permafrost más antiguos datan de la Edad del Hielo, hace unos 2,6 millones de años, esto lamentablemente puede poner un límite superior a lo que es posible.