Bilim insanlarından oluşan seçkin bir ekip, dev bir yaratığın küçük moleküllerinde dikkate değer bir keşif yaptı: 52.000 yıllık yünlü mamut kalıntılarında kusursuz bir şekilde korunmuş genom mimarisi. Kurutulmuş deri o kadar iyi korunmuş ki bozulmamış mamut kromozomları içeriyor ve araştırmacılara antik hayvanın biyolojisine dair benzeri görülmemiş bir bakış açısı sağlıyor.
Son mamutlar 4.000 yıl önce yok oldu, bu da piramitlerin bazılarının Mısır’da inşa edilmiş olduğu kadar yakın bir tarih. Ancak bu çalışma için ekip, sırasıyla 52.000 yıl ve 39.000 yıl öncesine dayanan mamut örneklerini inceledi, bu noktada anatomik olarak modern insanlar hala gezegeni Neandertallerle paylaşıyordu.
Mamut kalıntıları bir zamanlar dolaştıkları bozkırda bulunur. Tüylü hortumluların kalıntıları genellikle donmuş toprakta (kalıcı olarak donmuş üst toprak) korunur, ancak çözülme ve yeniden donma aşamaları hayvanların yumuşak dokularındaki mikroskobik yapılara zarar verebilir. Bazen, koruma şaşırtıcıdır. Örneğin 2022’de, Yukon’daki bir altın madeninde kusursuz bir şekilde korunmuş bir mamut yavrusu bulundu. Ancak son keşif, tamamen farklı bir ölçekte korumayı ortaya çıkardı: moleküler bir ölçekte. Ekibin araştırması yayınlanan bugün Hücre.
Rice Üniversitesi, Baylor Tıp Fakültesi ve MIT ve Harvard’ın Broad Enstitüsü’ne bağlı bilgisayar bilimci ve genetikçi olan çalışmanın ortak yazarı Erez Lieberman Aiden, geçen Salı günü düzenlediği bir basın toplantısında, “Etrafımıza baktık, kazdık ve sonunda yakınlaştırdığımızda yeni bir tür fosilin varlığından haberdar olduk.” dedi.
Kromozomlar bu kadar uzun süre nasıl hayatta kalabildiler?
Ekibin araştırdığı 52.000 yıllık kalıntılar hala milimetre ölçeğinde tüylerini koruyordu, bu da yünlü mamutun ani dondurulduğunu gösteriyor. Ekibe göre, bu korunma, Neandertaller yok olmadan yaklaşık 10.000 yıl önce donduğunu gösteriyor, çünkü sağlam tüyler deri örneğinin o zamandan beri herhangi bir çözülmeye uğramadığını gösteriyor. Böylece hayvan tüylerini, foliküllerini, sağlam hücrelerini ve evet, katlanmış kromozomlarını hücrenin kendi bölgelerinde korudu. Araştırma ekibi, belirli bir genin ifade edilip edilmediğini yöneten genetik döngüleri gerçekten görebildi.
Leiberman Aiden, “Bu örnek dondurularak kurutuldu ve bir tür sığır eti sarsıntısı oluşturdu,” dedi. Sığır eti sarsıntısı cam geçişi geçirmiş etdayanıklı hale getirir. Dondurularak kurutulduğunda, mamut derisi kromozomların dağılamadığı mikroskobik düzeyde moleküler bir trafik sıkışıklığına dönüştü. Deri örnekleri antik moleküller için zaman kapsülleri haline geldi ve ekip, ani dondurulmuş genetik materyale “kromoglass” adını verdi.
Gif: Vinicius Contessoto, Antonio Oliveira Jr., José Onuchic
Araştırmacılar, kalıntıların kalitesinin soyu tükenmiş bir türde ilk genom birleşimini sağladığını söyledi. Mamutların tıpkı bir fil gibi 28 kromozomu vardı (ve 23 kromozomu olan biz insanların aksine). Ekip, mamut kromozomlarını 3 boyutlu olarak yeniden oluşturdu; bize göre bir Gordion düğümü gibi görünüyor. Ancak araştırmacılar için, Buzul Çağı bozkırının devlerini planlayan mikroskop yapılarına şaşırtıcı derecede kesin bir bakış.
Baylor Tıp Fakültesi’nde araştırmacı ve makalenin ortak yazarı olan Cynthia Pérez Estrada basın toplantısında, “Bu mamut genomuyla yakalayabildiğiniz çeşitlilik, türler arasında karşılaştırma için yeni bir kapı açıyor,” dedi. “Sadece üç boyutlu uzayda kromatin organizasyonunun ayak izine sahip olmak bile inanılmaz.”
Mamut ‘sığır eti sarsıntısı’ kromozomların moleküler yapısını sağlam tuttu
Ekip, kromocamın moleküler yapısını yok etmek için ellerinden geleni yaptı. Testleri için kurutulmuş mamut derisini, moleküler düzeyde her bakımdan aynı yapıya sahip olan kurutulmuş Boar’s Head sığır sosisiyle değiştirdiler. Araştırmacılar kromocam sığır etini su, asit ve sıvı nitrojene batırdılar; mikrodalgada ısıttılar, beyzbol topları ve tokmakla vurdular; bir arabayla üzerinden geçtiler, sözlü olarak zorbalık ettiler (“duygusal olarak zarar verdiler” diye basın toplantısında şaka yaptılar) ve av tüfeği fişekleriyle patlattılar (aşağıda görülüyor). Malzeme parçalanmasına rağmen, maddenin kromozomal yapısı mikroskobik ölçekte bozulmadan kaldı.
“Onlar ilk [preserved chromosomes]”Rice Üniversitesi ve Baylor Tıp Fakültesi’nde genomik araştırmacısı ve araştırmanın ortak yazarı olan Olga Dudchenko basın toplantısında şöyle dedi. “Önümüzdeki yıllarda çok daha fazlasının bulunacağından şüpheleniyoruz.”
Yeni bulgular, antik kalıntılarda daha önce hiç görülmemiş moleküler korunmayı ortaya koyuyor. Daha eski DNA bulunmuş olsa da (aslında, yeni makaledeki bir avuç yazar, milyon yıllık mamut dişlerinde o zamanlar en eski korunmuş DNA üzerinde araştırma yayınlayan ekibin bir parçasıydı) yeni tanımlanan kalıntılar, mamutun genlerinin nasıl ifade edildiğini ve genomunun nasıl bir araya getirildiğini incelemeyi mümkün kıldı. En eski dizilenmiş DNA için mevcut rekor, kuzey Grönland’dan kurtarılan bir dizi çevresel DNA’ya ait ve araştırma ekibi, erken Pleistosen’in antik ortamını yeniden inşa edebildi.
Bilim insanları aniden dondurulmuş kromozomlarla neler yapabilir?
Bu kadar hassas moleküler materyalin kusursuz bir şekilde korunması, bazı bilimsel ekiplerin ve şirketlerin yakın zamanda nesli tükenmiş hayvanları temsil eden vekil türler üretmeye çalıştığı süreç olan soyları yeniden canlandırma için çıkarımlarda bulunabilir. Özellikle, soğuk direncini düzenleyen ve saç büyümesini teşvik eden genlerin nasıl izleneceği, 21. yüzyıl mamutları üretmeye çalışan şirketler için faydalı olabilir. Bu yılın başlarında, bu tür şirketlerden biri olan Colossal Biosciences, embriyonik bir duruma dönüştürülen ilk fil kök hücreleri yaratmayı başardı. Yine de ekip, soyları yeniden canlandırma işleminin zor bir süreç olduğunu ve araştırmalarının amacı olmadığını vurguladı.
Leiberman Aiden, “Çok küçük bir gezegende çok güçlü bir türüz, türümüzün geleceği ve bu gezegendeki yaşamın geleceği hakkında, değişen iklim gibi şeylerin olduğu bir ortamda önemli kararlar alıyoruz,” dedi. “Bu, geçmişten ders çıkarma yeteneğimizle ilgili.“
Yapay zeka hayat ağacının açılmasına yardımcı olabilir
Yünlü mamutun yaşayan en yakın akrabası Asya filidir. Bilim insanları mamut kromozomlarını kullanarak fil genetiğini daha iyi anlayabilir. Ancak fil genetiği de bilim insanlarının mamut hakkındaki anlayışlarını bilgilendirebilir. Bilim insanları yapay zeka modellerine bir genetik kod dizisi sunabilir ve yapay zekaya proteinlerin mamutta muhtemelen nereye bağlandığını veya genomun muhtemelen nasıl katlandığını sorabilir.
Lieberman Aiden, Gizmodo’ya “Bu yapay zekalara mamutlar hakkında az miktarda veri bile verildiğinde bir sürü bilgiye yol açabilir,” dedi. Asya filinin yanı sıra, yapay zeka araçları mamut genomunu yaşam ağacında bağlamlandırabilir. Leiberman Aiden, “Yapay zekanın en büyük gücü, tüm bu türlerden içgörüler alıp bunları sentezleyerek size oldukça iyi tahminler sunabilmesidir,” diye ekledi.
Yeni teknolojilerin, yaratıcı yöntemlerin ve iyi şansın birleşimi, antik dünyayı daha önce duyulmamış ölçeklerde ortaya çıkarıyor. Devasa mamutu moleküler ölçeklerde anlamak, antik geçmişi anlamamıza yardımcı olur, ancak aynı zamanda gelecek için mevcut hayvanlarla ilgili sohbete de yardımcı olur.