27.06.2013 | Наука

Впервые расшифрован геном доисторической лошади

Биологи ежедневно занимаются тем, что секвенируют геномы различных животных. Но команда из Центра геогенетики Музея естественной истории при университете Копенгагена побила своеобразный рекорд.

Исследователям удалось секвенировать геном древнейшего животного из всех, что когда-либо подвергались такому анализу. Образцы ткани были взяты у доисторической дикой лошади при исследовании её окаменелых останков, возраст которых составляет приблизительно 700 тысяч лет. Они были обнаружены в вечной мерзлоте на территории Юкон в Канаде.

Конечно же, определение генетических последовательностей древних животных и людей уже не редкость. И всё же, никому ещё не удавалось расшифровать геном останков, возраст которых составлял бы более 70 тысяч лет.

Молекулы ДНК сохраняются в окаменелостях на протяжении многих лет после смерти организма, но уже не в виде цельных хромосом, а короткими фрагментами, которые затем можно восстановить, как мозаику (всё зависит от возраста окаменелости). Иногда сохраняется достаточное количество молекул, и учёные могут восстановить полную картину генетических последовательностей, что позволяет как бы "возродить" вымершие виды и изучить их подробнее.

Подобным образом палеонтологи, в частности, пытаются проследить за генетическими изменениями лошадей, чтобы понять, как они превратились из диких необузданных зверей в домашних животных и популярный вид транспорта.

Уникальным в истории генетики проектом занимались доктор Людовик Орландо (Ludovic Orlando) и профессор Эске Виллерслев (Eske Willerslev) из Центра геогенетики. Вместе с международной командой учёных они смогли проследить за основными генетическими изменениями лошадей, которые проходили на протяжении последних 700 тысяч лет.

Они сравнили геном 700-тысячелетней лошади с геномами 43-тысячелетней лошади, шести современных, а также осла. Проанализировав данные, палеонтологи смогли определить частоту появлений мутаций в их генах, а также то, как быстро эти мутации накапливаются и изменяют целую генетическую картину.

Выяснилось, что общий предок всех непарнокопытных жил приблизительно 4 или 4,5 миллиона лет назад, а это почти на два миллиона лет раньше, чем предполагали учёные. Можно сказать, с того времени и берёт начало эволюция всех современных лошадей. Также биологи выяснили, что в истории развития непарнокопытных происходили массивные спады и увеличения их численности. Большинство из них были связаны с климатическими изменениями, такими как Последний ледниковый максимум, который произошёл около 20 тысяч лет назад.

Результаты работы учёных также проливают свет на феномен лошади Пржевальского из Монгольских степей. Этот вид был обнаружен лишь во второй половине XIX века, и эти лошади находились под угрозой исчезновения. Они даже чуть не вымерли в 1970-х годах, но животных удалось спасти. Долгое время происхождение лошади Пржевальского оставалось загадкой из-за того, что у представителей этого подвида были не только внешние физические отличия от обычных лошадей, но и дополнительная пара хромосом.

Генетики выяснили, что пути развития обычных лошадей и лошади Пржевальского разошлись приблизительно 50 тысяч лет назад и с тех пор более не пересекались. Последние обладают не меньшим генетическим разнообразием, чем домашние лошадки, что говорит о том, что они вполне приспособлены к выживанию как вид.

"Секвенирование генома животного из периода среднего плейстоцена — проект совершенно уникальный. Думаю, это наш прорыв", — говорит Орландо, который потратил на эту работу три года жизни.

Исследователи очень обрадовались, когда обнаружили огромное количество остатков аминокислот: это означало, что белки также сохранились. Затем им удалось определить естественную последовательность пептидов коллагена. Когда они обнаружили белки крови, то поняли, что удастся полностью расшифровать геном, ведь этот компонент едва ли не самый редкий, когда речь идёт об изучении ДНК доисторических окаменелостей.

Но самое важное то, что палеонтологам удалось обнаружить саму ДНК. На самом деле большинство крошечных фрагментов принадлежало микроорганизмам, которые населяли древнюю кость. Но при помощи платформы Helicos учёные смогли выделить сохранившиеся молекулярные участки, что позволило им завершить расшифровку полного генома.

"С точки зрения методологии это было невероятно сложно. Но на самом деле, секвенирование самого генома доисторической лошади — это лишь полдела. За 700 тысяч лет произошло множество изменений и модификаций последовательностей ДНК. Мы смогли узнать больше о древних животных, сравнив их генетический портрет с портретом современных лошадей", — пишет Виллерслев в пресс-релизе университета Копенгагена.

Он также добавил, что все использованные им технологии и сама методика секвенирования генома, которую применяли учёные, открывает новые двери в изучении доисторических животных. Использование методов генетики и протеомики позволило исследователям восстановить пробелы в знаниях людей об эволюции непарнокопытных и лошадей, в частности. А ведь ранее считалось, что это уже достаточно изученный отряд животных.

О результатах своей многолетней работы генетики рассказали в статье, которая вышла в журнале Nature.

ВестиRu