40 тысяч лет — и РНК всё ещё говорит: секвенирование мамонта раскрыло процессы, замершие во времени

Исследователи из Стокгольмского университета впервые смогли выделить и секвенировать молекулы РНК из тканей шерстистых мамонтов, возраст которых достигает почти 40 тысяч лет. Эти образцы сотни веков сохранялись в условиях вечной мерзлоты Сибири, что обеспечило уникальную сохранность молекулярного материала. Публикация в журнале Cell показала, что РНК, вопреки прежним убеждениям, может существовать значительно дольше, чем считалось ранее, и предоставляет доступ к биологическим процессам давно вымерших животных.

Шерстистые мамонты когда-то населяли северные равнины Евразии и Америки, существуя в условиях ледникового периода приблизительно от 115 тысяч до 11,5 тысяч лет назад. Их густая шерсть, характерные бивни и крупные размеры сделали их наиболее приспособленными к суровому климату. Однако постепенное потепление привело к исчезновению вида. Последние группы этих животных существовали на арктических островах всего около четырёх тысяч лет назад.

Для учёных обнаружение сохранившейся РНК стало научным прорывом. Молекула РНК содержит информацию о том, какие гены были активны в момент смерти организма. Именно эта возможность привлекла внимание исследователей, которые увидели шанс получить прямые данные о физиологии древнего животного. Ведущий автор исследования Эмилио Мармоль отметил: "С помощью РНК мы можем получить прямое подтверждение того, какие гены "включены", и заглянуть в последние мгновения жизни мамонта, который бродил по Земле во время ледникового периода. Эту информацию нельзя получить только из ДНК".

Много лет РНК считалась слишком нестабильной для длительного сохранения, что мешало учёным заниматься её изучением у древних видов. Прежние предположения о быстром разрушении молекулы после смерти организма постепенно перестают быть актуальными благодаря новым находкам в вечной мерзлоте, где биомолекулы оказываются словно "законсервированы" во времени.

Уникальные данные из тканей мамонта Юки

Экспедиции удалось извлечь образцы тканей из останков Юки — молодого мамонта, погибшего почти 40 тысяч лет назад. Эти материалы дали возможность определить, какие генные механизмы были активны в его мышцах в момент гибели. Из более чем двадцати тысяч белок-кодирующих генов в геноме мамонта только часть проявляла активность, что позволило учёным сосредоточиться на ключевых процессах, связанных с функцией мышц и адаптацией к стрессу.

Дополнительные данные показали признаки клеточного стресса.

"Мы обнаружили признаки клеточного стресса, что неудивительно, поскольку, согласно предыдущим исследованиям, незадолго до смерти Юка на него напали пещерные львы", — говорит Эмилио Мармоль.

Такие результаты демонстрируют, что РНК способна отражать следы жизненных событий древнего животного.

Учёные также выявили множество молекул регуляторной РНК, которые контролировали активность генов. По словам Марка Фридлендера, доцента Института Веннера-Грена: "РНК, которые не кодируют белки, например микроРНК, стали одним из самых интересных открытий, которые мы сделали". Эти молекулы дали первое прямое доказательство того, что генная регуляция происходила в режиме реального времени даже у животных, живших десятки тысяч лет назад.

Бастиан Фромм, доцент Арктического университетского музея Норвегии, объяснил, что особенности найденных микроРНК помогли подтвердить принадлежность образцов мамонтам. Он отметил:

"Мы обнаружили редкие мутации, которые убедительно доказывают их "мамонтовое" происхождение. Мы даже выявили новые гены исключительно на основе данных об РНК, чего раньше никогда не делали при изучении столь древних останков".

Новые горизонты изучения древних молекул

Одним из ключевых результатов работы стало доказательство того, что РНК может сохраняться на протяжении тысячелетий. Это открывает перспективу анализа того, какие гены были активны не только у мамонтов, но и у других животных ледникового периода.

"Результаты показывают, что молекулы РНК могут сохраняться гораздо дольше, чем считалось ранее. Это значит, что мы сможем не только изучить, какие гены "включены" у различных вымерших животных, но и секвенировать РНК-вирусы, такие как вирусы гриппа и коронавирусы, сохранившиеся в останках ледникового периода", — говорит Лав Дален.

Исследователи подчёркивают, что успешный анализ древней РНК открывает широкие возможности для последующих исследований. Потенциально станет возможным изучать вирусы, которые циркулировали тысячи лет назад, а также выявлять ранее неизвестные аспекты биологии исчезнувших видов. Это позволит глубже понять эволюционные процессы, а также оценить изменения генетической регуляции в разные исторические эпохи.

Учёные надеются, что комбинация РНК с ДНК и белковыми структурами даст более полную картину жизни мамонтов и других представителей мегафауны. Такая междисциплинарная работа позволит по-новому взглянуть на эволюцию этих животных и приблизиться к реконструкции утраченных звеньев природной истории. Исследования подобного масштаба способны изменить представление о том, как развивались древние экосистемы и каким образом исчезали их ключевые представители.

Как открытия изменят понимание вымерших видов

Полученные данные расширяют горизонты научных поисков. Благодаря сочетанию методов молекулярной биологии и особенностей сохранности материалов вечной мерзлоты исследователи получили шанс изучить процессы, которые считались невозможными для анализа. Это касается и регуляции генов, и механизмов адаптации, и особенностей взаимодействия различных молекулярных систем.

Понимание того, как функционировали мышечные ткани мамонтов, помогает глубже оценить их физиологию и экологические адаптации. Эти данные дополняют генетическую картину, ранее сформированную преимущественно на основе ДНК. Новые открытия также поднимают вопрос об устойчивости молекул в древних условиях и о том, какие ещё виды информации могут сохраняться в вечной мерзлоте тысячи лет.

Исследователи из Стокгольмского университета планируют развивать направление, объединяя разные типы биомолекул в единые модели. Это позволит реконструировать процессы, происходившие в организме вымерших животных незадолго до смерти, и получить представление о том, какие факторы влияли на их жизнедеятельность. Подобный подход создаёт основу для нового этапа изучения биологии ледникового периода.