Milyon yıllık genom burada. Doğu Sibirya permafrostunda korunan mamut dişleri, kayıtlardaki en eski antik DNA’yı üretti ve teknolojiyi sınırlarına yaklaştırdı – ama belki de aşmadı -.
1970’lerde kazılan üç diş örneğinden elde edilen genomik DNA, daha sonraki bir Kuzey Amerika türüne yol açan yeni bir tür mamut tanımladı. Bulgular şu adreste yayınlandı: Doğa 17 Şubat’ta1.
“Gazeteyi seviyorum. Fransa’daki Toulouse Antropobiyoloji ve Genomik Merkezi’nde antik DNA uzmanı olan Ludovic Orlando, önceki en eskiyi sıralayan 2013 çalışmasının ortak liderliğini yapan, sekiz yıldır bu makaleyi bekliyorum, ”diyor. Antik DNA – 560.000 ila 780.000 yıllık bir at ayağı kemiğinden bir genom2. “Bu rekoru kaybettiğim için memnunum, çünkü ağır bir rekordu” diyor.
Araştırmacılar, doğru örnek bulunursa, antik DNA’nın bir milyon yıldan fazla hayatta kalabileceğinden şüpheleniyorlardı. Bir organizma öldüğünde, kromozomları zamanla kısalan parçalara ayrılır. Sonunda, DNA zincirleri o kadar küçülür ki – çıkarılsalar bile – bilgi içeriğini kaybederler.
Orlando’nun ekibi, Kanada Yukon Bölgesi’nden at kemiğinde 25 DNA harfi kadar kısa parçaların hala yorumlanabileceğini buldu. DNA fragmantasyonunu yavaşlatan permafrostun sürekli soğuğunda korunan milyon yıllık kalıntıların da bu uzunlukta DNA fragmanları içermesi gerektiğini tahmin ettiler. “Tek şüphem: böyle bir örnek var mı?” Orlando diyor.
Decadal rüya
Stockholm’deki İsveç Doğa Tarihi Müzesi’nde (SMNH) evrimsel bir genetikçi olan Love Dalén, 2007’de bir koleksiyonla ilk kez karşılaştığından beri çok eski mamut kalıntılarını dizileme fikriyle uğraşıyordu. Ekibinin sıraladığı örnekler, biri erken bir yünlü mamuttan (Mammuthus primigenius) ve bozkır mamutları olarak bilinen bir öncüye atanan ikisi (Mammuthus trogontherii), Rus paleontolog Andrei Sher tarafından kazılmıştır.
Dalén, örneklerden elde edilen DNA’nın yünlü mamutların ve diğer türlerin evrimini hareket halindeyken yakalayabileceğini umuyordu, ancak permafrostta bulunan çok daha genç kalıntılarla ilgili önceki kötü deneyimler nedeniyle şüpheciydi. “Donmuş toprakta bulunan her şey her zaman işe yaramıyor. Örneklerin büyük çoğunluğunda saçma DNA var ”diyor.
Ve gerçekten de, Sher’in kazılarından elde edilen ve bir milyon yıldan daha eski çökeltilerden çıkarılan üç mamut azı dişinden ikisi, o kadar az DNA içeriyordu ki Dalén, daha genç olsalardı onları atacağını söylüyormuş.
Ancak dizileme teknolojisi ve biyoinformatikteki gelişmeler sayesinde ekibi, Krestovka adlı bir köyün yakınında bulunan en eski örnekten 49 milyon baz çift nükleer DNA ve Adycha adlı başka bir dişten 884 milyon baz çifti elde etmeyi başardı. DNA analizi, Krestovka örneğinin 1,65 milyon yaşında olduğunu ve Adycha örneğinin yaklaşık 1,3 milyon yaşında olduğunu gösterdi (bkz. ‘Antik genomlar’). Chukochya adlı 600.000 yıllık tüylü bir mamut dişi olan üçüncü örnek, 3.1 milyar baz çifti genomunun uzunluğundan daha fazla, yaklaşık 3.7 milyar baz DNA çifti üretti.
Şekillerine bakıldığında, en eski iki diş, araştırmacıların önceden tarihlendirilmiş yünlü mamutlar ve Kolombiyalı mamutlar (Mammuthus columbi), bir Kuzey Amerika türü. Ancak genomları daha karmaşık bir tablo çizdi. Adycha örneği, yünlü mamutlara yol açan soyun bir parçasıydı, ancak Krestovka örneği açıkça değildi.
Dalén’in ekibi bunun tamamen yeni bir soya ait olduğunu buldu. “Bunun farklı bir tür olduğunu söyleyemeyiz, ama kesinlikle öyle görünüyor” diyor. Krestovka örneği Rusya’dan olmasına rağmen, soyun Kuzey Amerika’daki diğer bozkır mamutlarından izole edildiğinden şüpheleniyor. Ekip, Kolomb mamutlarının soylarının yarısının Krestovka mamut soyuna, diğer yarısının ise yünlü mamutlara kadar izini sürdüğünü buldu. Dalén, iki soyun 420.000 yıldan fazla bir süre önce karıştığını tahmin ediyor.
Yeni türlerin sadece tek bir ebeveyn türden ayrılmanın değil, karıştırma yoluyla oluşabileceği fikri, evrimsel biyologlar arasında geçerlilik kazanıyor. Ancak Orlando, bu antik DNA’dan ‘melez türleşme’nin ilk kanıtıdır diyor. “Bu harika.”
Kanada Hamilton’daki McMaster Üniversitesi’nden antik DNA uzmanı Hendrik Poinar, farklı mamut türlerinin muhtemelen buzul genişlemesi onları bir araya getirdiğinde rutin olarak melezlendiğini söylüyor. Ekibi, daha sonra yünlü ve Kolombiyalı mamutların ara sıra melezleştiğine dair kanıt buldu.
Antik DNA’nın geleceği
İsrail’deki Tel Aviv Üniversitesi’nden paleogenetikçi Viviane Slon, araştırmacıların uzun süredir milyon yıllık bir genomu beklemelerine rağmen, bu eşiği geçmenin önemli olduğunu söylüyor. “Mümkün olduğunu düşündüğümüzle gerçekte göstermek arasında bir fark var.”
İsveç’teki Uppsala Üniversitesi’nde biyoinformatikçi olan ve SMNH’deki evrimsel biyologlar Patrícia Pečnerová ve David Díez-del-Molino ile mamut-diş çalışmalarına liderlik eden Tom van der Valk, diğer laboratuvarları teşvik edeceğini umuyor. “Bu, gerçekten derin zamanlı sıralama hakkında fikirleri olan diğer gruplara ilham verebileceğini ve onları motive edebileceğini umduğum sembolik bir engeldir.”
Dalén, milyon yıllık eşiği geçerek antik DNA araştırmacılarının irili ufaklı diğer memelilerin erken tarihlerine erişebileceğini söylüyor. Misk öküzleri, geyikleri ve lemminglerin çok eski permafrost örnekleri şimdi laboratuvarının radarında.
Mamut DNA’sı, fosil kayıtlarındaki en eski biyomoleküler bilgiyi temsil etmemektedir. 2016 yılında araştırmacılar, Tanzanya’daki 3,8 milyon yıllık devekuşu yumurtası kabuğundan protein dizilerini bildirdi.3ve 2019’da başka bir ekip, Gürcistan’daki 1,77 milyon yıllık bir gergedan dişinden proteinlerin kodunu çözdü.4. Protein dizileri, bir organizmanın ataları hakkında DNA’dan çok daha az bilgilendirici olma eğilimindedir. Ancak protein molekülleri çok daha serttir, bu nedenle araştırmacılar onları permafrost olmayan yerlerde bulunan çok eski fosillerden içgörüler elde etmek için kullanabilirler. Devekuşu ve gergedan örnekleri, hominin kalıntılarıyla ünlü arkeolojik alanlardan geliyor.
Araştırmacılar, donmuş toprakta eski insan akrabalarının milyon yıllık kalıntılarını bulma şansının çok düşük olduğunu söylüyor. Ancak Dalén, derin bir mağara gibi doğru ortamın bu kadar eski örnekler verebileceğini düşünüyor. İspanyol mağarasından 430.000 yıl öncesine ait erken Neandertal kalıntıları, şimdiye kadar keşfedilen eski bir insan akrabasına ait en eski DNA’yı temsil ediyor5. Slon, “Permafrost olarak koruma için ideal bir bağlamda bir hominin bulmak bir rüya olurdu” diyor.
Antik DNA’nın olası yaş sınırına gelince, Dalén, bunu belirlemenin kolay olduğunu söylüyor: “2,6 milyon yıl. Bu permafrostun sınırıdır. Ondan önce çok sıcaktı. “