Ученые впервые секвенировали древнюю ДНК из почвы, и этот прогресс изменит то, что известно обо всем, от эволюции до изменения климата.
Находки были описаны как «высадка на Луну» геномики, потому что исследователям больше не придется полагаться на поиск и тестирование окаменелостей для определения генетического происхождения, связей и открытий - и это благодаря черным медведям каменного века, которые испражнялся в отдаленной пещере в Мексике 16 000 лет назад.
Группа ученых из Центра геогенетики Фонда Лундбек Копенгагенского университета под руководством профессора Эске Виллерслева, директора фонда и члена Колледжа Святого Иоанна Кембриджского университета, воссоздала геномы животных, растений и бактерий микроскопических фрагментов ДНК, найденных в пещере Чикиуите.
Результаты, которые были опубликованы сегодня (19 апреля 2021 г.) в журнале Current Biology, представляют собой первый случай секвенирования ДНК окружающей среды из почвы и отложений и включают древний профиль ДНК американского черного медведя каменного века, взятый из образцы в пещере.
Это «научное открытие» имеет более широкое значение, поскольку оно расширяет возможности ученых по изучению эволюции животных, растений и микроорганизмов, что было провозглашено зарей «совершенно новой эры» популяционной генетики. Работа стала возможной благодаря передовым технологиям и пониманию последних пяти лет.
Это связано с тем, что работа с сильно фрагментированной ДНК из образцов почвы означает, что ученым больше не нужно полагаться на образцы ДНК из костей или зубов для получения достаточного количества генетического материала для воссоздания профиля древней ДНК, что открывает поле для того, что может быть проверены и изучены.
Образцы включали фекалии и капли мочи предка самого знакомого и распространенного медведя Северной Америки - американского черного медведя, - что позволило ученым воссоздать весь генетический код двух видов животного. Первый - американский черный медведь каменного века, второй - вымерший короткомордый медведь по имени Arctodus simus, вымерший 12 000 лет назад.
Профессор Виллерслев сказал: «Когда животное или человек мочится или испражняется, из организма также выделяются клетки. Фрагменты ДНК этих клеток - это то, что мы можем обнаружить в образцах почвы. Используя чрезвычайно мощные методы секвенирования, мы впервые реконструировали геномы - генетические профили - на основе этих фрагментов. Мы показали, что волосы, моча и фекалии обеспечивают генетический материал, который при правильных условиях может сохраняться гораздо дольше, чем 10 000 лет.
"Во всем мире все ученые, занимающиеся изучением древней ДНК, осознали необходимость реконструировать геномы из фрагментов, найденных в почве или отложениях. Возможность сделать это впервые означает, что мы открыли новую Анализ ДНК, обнаруженной в почве, может иметь потенциал для расширения повествования обо всем, от эволюции видов до событий в области изменения климата - это высадка геномики на Луну, потому что окаменелости больше не понадобятся."
Пещера Чикихуите, откуда были взяты пробы, находится на высоте 2750 метров над уровнем моря. Было обнаружено около 2 000 каменных орудий и небольших фрагментов орудий, известных как отщепы.
Та же группа ученых обнаружила в прошлом году, что анализ ДНК останков растений и животных из отложений, упакованных вокруг инструментов в пещере, датирует инструменты и заселение этого места людьми 25 000-30 000 лет назад. лет назад - на 15 000 лет раньше, чем считалось, что люди достигли Америки. ДНК человека пока не найдена.
ДНК мышей, черных медведей, грызунов, летучих мышей, полевок и кенгуровых крыс были обнаружены, и в настоящее время секвенирован геном двух видов медведя. Огромный хищный короткомордый медведь, обитавший также в Северной Америке, ростом почти в два метра просто стоял на четвереньках и мог весить до 1000 кг.
Доцент Миккель Винтер Педерсен, первый автор статьи, сказал: «Короткомордые медведи, жившие в северной Мексике, заметно отличались от популяции черных медведей, живущих на северо-западе Канады. Это отличный пример новых знаний, которые внезапно становятся доступными, когда вы реконструируете геномы на основе фрагментов ДНК, извлеченных из почвы».
Профессор Педерсен назвал новое секвенирование «зарей совершенно новой эры» популяционной геномики.
Он сказал: «До сих пор исследования ДНК древней окружающей среды были очень ограниченными. Фрагменты ДНК из образца почвы могли только сказать нам, жил ли конкретный вид в определенной местности в определенное время, но это не дало нам никакой информации». конкретные сведения о рассматриваемом лице.
"Итак, мы не могли сравнить эту особь с современными особями того же вида. Но теперь мы можем. Мы впервые опубликовали ДНК-профиль американского черного медведя, который жил в горах пещера на севере Мексики в каменном веке Я не преувеличиваю, когда говорю, что возможность извлечения такого рода информации из пробы почвы весом всего в несколько граммов произведет революцию в нашей области."
Фрагменты в отложениях можно будет протестировать во многих бывших поселениях каменного века по всему миру.
Профессор Виллерслев добавил: «Представьте себе истории, которые могли бы рассказать эти следы. Это немного безумно, но также увлекательно - думать, что еще в каменном веке эти медведи мочились и испражнялись в пещере Чикихуит и оставили нам следы, которые мы можем проанализировать сегодня."