Scienty

Ученым удалось извлечь биомолекулу рибонуклеиновой кислоты из образцов мышечной ткани и кожи шерстистого мамонтенка Юка, обнаруженного в вечной мерзлоте на северо-востоке России. Обычно молекулы РНК разрушаются после смерти организма в течение нескольких часов, однако в данном случае они сохранились на протяжении 40 тысяч лет. Более неожиданное открытие последовало позднее, когда исследователи решили вновь обратиться к вопросу, касающемуся происхождения мамонтенка.

Фото: img.freepik.com

Шерстистые мамонты (Mammuthus primigenius), эти мохнатые гиганты, населявшие Землю в позднем плейстоцене, давно стали символом ушедшей ледниковой эпохи. Их останки и бивни обнаруживаются на всей территории Сибири, однако иногда вечная мерзлота дарит уникальные находки — хорошо сохранившиеся тела животных.

Одна из таких находок — мамонтенок по имени Юка. Обнаружение произошло в 2010 году на севере Якутии. Сохранились не только кости животного, но и мягкие ткани, а также густая шерсть. Первичный анализ выявил, что это молодая самка в возрасте шести-восьми лет, которая, вероятно, скончалась в результате столкновения с пещерными львами.

На протяжении многих лет палеогенетику в значительной степени определяла одна выдающаяся фигура ДНК. Ученые освоили метод извлечения ДНК из древних останков и даже расшифровали геномы мамонтов, дНК — это базовый код, определяющий жизнь и содержащий инструкции по формированию организма, и она относится к особям, жившим сотни тысяч лет назад. Однако, она не предоставляет информации о том, какие гены были активны в конкретных типах клеток древних животных, и что происходило в клетках особи в последние моменты ее жизни. Какие гены были активированы? Какие процессы протекали в тканях? Ответы на эти вопросы заключаются в другой биомолекуле — РНК, которая, как правило, разрушается значительно быстрее, чем ДНК.

РНК (рибонуклеиновая кислота), особенно матричная РНК, представляет собой рабочую версию участков ДНК, используемую клеткой для синтеза белков. Когда клетке требуется определенный белок, она «считывает» соответствующий ген и формирует его РНК-копию. Данная молекула отличается нестабильностью и хрупкостью. В стандартных условиях, после прекращения жизни организма, она быстро распадается, приблизительно за несколько часов. Ранее наиболее древнюю РНК извлекли из останков волка из сибирской вечной мерзлоты, жившего примерно 14 тысяч лет назад. Ученые полагали, что из-за нестабильности РНК найти что-то старше практически невозможно.

Однако международная группа палеонтологов под руководством Лава Далена ( Love Dalen) исследователи из стокгольмского Центра палеогенетики в Швеции установили, что молекулы РНК способны сохраняться в древних останках в условиях вечной мерзлоты гораздо более длительный период, чем предполагалось ранее. Специалистам удалось извлечь и изучить РНК из мышечной ткани и кожи мамонтенка Юка, обитавшего 40 тысяч лет назад. Полученные данные почти в три раза превышают предыдущие достижения в этой области.

Достижение стало возможным благодаря двум ключевым факторам: отличное состояние самой туши и новаторскому подходу исследователей. Юка находился в вечной мерзлоте на протяжении десятков тысяч лет. Оперативная заморозка и стабильно низкая температура «сохранили» ткани, не позволив им полностью разрушиться. Это предоставило молекулам РНК возможность сохраниться до наших дней.

Действительно, у специалистов возникли основания для серьезной обеспокоенности. В процессе доставки уникальной находки в Якутск тушу мамонта на короткое время разморозили. Ученые ожидали, что любая древняя РНК, содержащаяся в образцах, уже распалась на мельчайшие, сильно поврежденные фрагменты. С целью сохранения оставшихся данных и предотвращения современного загрязнения, работа проводилась в стерильной среде.

Для измельчения образцов исследователи применяли жидкий азот, работали в защитных костюмах и в лаборатории с системой фильтрации воздуха. Целью каждого этапа было выделение исключительно древней РНК мамонтенка, исключая попадание молекул извне.

Значительные усилия ученых принесли существенные результаты: палеобиологи идентифицировали в образцах мамонтенка Юка 342 матричные РНК, содержащие информацию для синтеза белков, а также 902 некодирующих РНК различных типов, в том числе микроРНК. Изучение этих молекул позволило обнаружить РНК, участвующие в функционировании скелетных мышц, и РНК, связанную с регулированием обмена веществ в периоды стресса.

В момент гибели в клетках Юка были активированы гены, контролирующие экстренную мобилизацию организма: интенсификация кровоснабжения мышц, производство энергии для бегства или защиты и снижение воспалительного ответа на возможные повреждения. Полученные сведения подтверждают предположение о насильственной смерти животного, вероятно, в результате нападения пещерных львов. Мамонтенка мобилизовал все ресурсы организма, стремясь к спасению, и отголоски этой борьбы запечатлелись в его молекулах.

Наиболее неожиданное открытие сделали ученые, объединив результаты анализа ДНК и РНК. Дален и его соавторы выяснили, что Юка, ранее считавшаяся самкой, на самом деле является самцом (у него кариотип 56, XY).

Эксперты также исследовали образцы на предмет наличия древних РНК-вирусов, включая грипп и коронавирусы. Результаты поиска оказались незначительными. Тем не менее, Дален считает, что это лишь первый этап. Он высказал предположение о возникновении в будущем научных областей, ориентированных на вирусы, существовавшие в эпоху ледникового периода. Наибольший интерес представляют собой останки древних птиц, в которых можно будет попытаться обнаружить штаммы птичьего гриппа.

Международная группа ученых добилась значительного технического успеха, который был положительно оценен мировым научным сообществом. Австралийский генетик Мерлин Кроссли ( Merlin Crossley) из Университета Нового Южного Уэльса, расположенного в Сиднее сравнил эту работу с рискованным и впечатляющим трюком. При этом он задался вопросом, насколько значительно новое знание изменит наше понимание биологии мамонтов.

Кроссли полагает, что коллектив Далена, вероятно, исчерпал возможности в плане извлечения древней РНК, поскольку, по его мнению, она не способна сохраняться более 40 тысяч лет. Ученый считает, что вероятность обнаружения других образцов, сохранившихся столь же хорошо, как, к примеру, мамонтенок Юка, очень мала.

Научная работа опубликована в журнале Cell.