Når vi tenker på en mammut bevart i is, kommer hår, bein og hud til tankene. Da forskergruppen ledet av Emilio Mármol-Sánchez som publiserte det i tidsskriftet Celleså på disse fragmentene, men fant noe uendelig mye mer skjørt: denRNAet molekyl som desintegrerer med imponerende hastighet i friskt vev, alt som trengs er ett enzym malplassert og hvert spor blir slettet. Likevel, noen ganger gjør frosten mirakler: permafrost-isen bevoktet eldgamle molekyler, brutt av tiden, men fortsatt gjenkjennelig, tilhørende mammuter som levde mellom for omtrent 39 000 og 52 000 år siden. En av disse skapningene, Yuka, ga nok materiale til å ikke bare tillate lesing av transkripsjonene hennes, men også rekonstruksjon av aktiviteten til dets vev. Sekvens etter sekvens fant forskerne lange strekninger av ribosomalt RNA, bittesmå, men intakte mikroRNA-er, som koblet dem til en overraskende sammenhengende gruppe gener som er unike for skjelettmuskulatur. En ytterligere overraskelse var å oppdage at, i motsetning til hva tidligere analyser indikerte, var Yuka en mann og ikke en kvinne! Alt dette materialet gjør det for første gang mulig å observere biologien til et utdødd dyr, ikke bare gjennom dets DNA, men gjennom hva dets vev «gjorde» kort før døden.
Hvordan gjenvinne RNA fra et utdødd dyr
De siste årene har hele deler av utdødd fauna dukket opp igjen fra den sibirske permafrosten. Kroppene frosset så raskt at de beholder huden, pelsen, til og med den opprinnelige formen til musklene. Men RNA er en helt annen historie. Det er et molekyl veldig delikatsom hos levende organismer ofte varer noen minutter før de brytes ned. Av denne grunn, inntil i dag, håpet nesten ingen at den kunne overleve i titusenvis av år. I den nye studien forsøkte imidlertid forskere en utfordring: ekstrahere RNA fra mumifisert vev fra 10 mammuterfrosset i den sibirske permafrosten. Fra hver prøve fikk de to ting: DNA, som var mye mer stabilt, og RNA, som var det virkelige målet.
Mengden RNA var ofte veldig lav nesten til instrumentenes deteksjonsgrense. Til tross for dette har forskere klart å bygge sekvenseringsbiblioteker, det vil si samlinger av fragmenter som skal leses av sekvenseringsmaskiner. Det første kritiske trinnet var å forstå om de små bitene virkelig var mammut-RNA eller ikke bakgrunnsstøyaltså av et annet levende vesen. For å gjøre dette brukte de en analyse kalt metatranskriptomisksom leser den generelle sammensetningen av fragmenter basert på sekvenser som er minst 31 nukleotider lange. Det er litt som å sjekke om du finner nok brikker i en pose med puslespill som tilhører samme bilde.
Bare tre prøver hadde nok ekte RNA til å tillate dypere analyse:
- Yuka (mammut nr. 1) – 39 000 år
- Oymyakon (mammut nr. 4) – 44 000 år
- Chris Waddle (mammut #10) – omtrent 52 000 år gammel
Hvordan forstår du om det RNA er autentisk
Det er ikke nok å ha RNA: du må bekrefte at det er det virkelig gammel, ikke kontaminering eller «maskert» DNA. Forskere brukte flere komplementære strategier som tok hensyn til flere faktorer:
- Lengden på fragmentene: dette forteller alderen på selve fragmentet. Jo eldre et fragment er, jo kortere er det.
- Hvor RNA dokker i genomet: modent RNA er laget av bare noen få deler kalt eksonermens DNA også inneholder andre forskjellige deler. Forskerne så at i Yuka og Oymyakon hektet de fleste sekvensene rett på eksonersom forekommer i ferskt vev RNA. Dette er en sterk indikasjon på autentisitet.
- Typisk kjemisk skade av eldgamle funn: over tid lider molekylene spesifikk skade som er perfekt forenlig med svært gammelt materiale.
- De genetiske variantene av mammuter: noen RNA-fragmenter inneholder mutasjoner som er typiske for mammuten, som allerede er katalogisert takket være 20 eldgamle genomer. I Yuka, for eksempel, har de blitt identifisert 407 RNA-fragmenter som inneholdt kjente varianter av mammuter. Det er som å finne seg selv artens fingeravtrykk.
Alle disse signalene til sammen gjør konklusjonen at dette er veldig robust Autentisk gammelt RNA.
En overraskelse i isen: Yuka var mann
En av de mest overraskende delene av studien gjelder kjønnet til den berømte mammuten Yuka. I 2012, på tidspunktet for oppdagelsen, hadde de ytre strukturene til kjønnsorganene blitt tolket som kvinnelige. Men den genetiske studien forteller en annen historie. Ved å analysere RNA og DNA fant forskerne biter av RNA (i teknisk sjargong transkribert) som tilsvarer et gen kun tilstede på Y-kromosomet; sekvenser av SRY-genet, som hos pattedyr setter i gang mannlig utvikling; og et forhold mellom X-kromosomer og autosomer i samsvar med et individ XY.
Alle genetiske tester er derfor enige om det Yuka er genetisk mannog ikke kvinnelig som antatt. Forskerne observerer at kontrasten mellom ekstern anatomi (tidligere beskrevet som kvinnelig) og genotype kan avhenge enten av en visuell feil i den første klassifiseringen, eller – en mye sjeldnere mulighet – av en form for XY gonadal dysmorfisme. For øyeblikket er det imidlertid ingen genetiske signaler som bekrefter problemer i seksuell utvikling.
Hva forteller RNA om mammutkroppen
Når RNA er bevist å være autentisk, kan man spørre: hva forteller det oss om mammuten? I Yukas prøve, den mest komplette, har forskere identifisert 342 kodende mRNA Og 902 Ikke-kodende RNA alle med nok dekning til å anses som pålitelige. Men det interessante er at de mest tallrike mRNA-ene nesten alle inneholder geninformasjon typisk for skjelettmuskulaturde samme som i dag kontrollerer sammentrekningen av fibre, responsen på anstrengelse, strukturen til sarkomeren, plasseringen av kjernene i muskelcellene.
Dette indikerer ikke bare at vevet var muskel, men antyder også hvilken type fiber, som indikerer tilstedeværelsen av en muskel rik på langsomme fibre (sakte rykk), brukes til langvarig innsats, motstand, holdning. Ved å sammenligne Yukas muskel-mRNA-profil med store genuttrykksdatabaser fra moderne dyrevev, så forskerne at tilsvarer nesten perfekt dagens skjelettmuskulaturnoe som indikerer at de aktive genene var veldig like de fra moderne muskler, som om de «fortsatt snakket det samme molekylære språket», til tross for at de har passert 39.000 år.
MikroRNA: små spor, nye ideer
En av fordelene med RNA er at det lar deg se ikke bare aktive gener, men også regulatoriske molekyler, som f.eks. mikroRNAsom er veldig små (ca. 22 nukleotider) og kontrollerer aktiviteten til gener. I Yukas tilfelle ble de også identifisert to mulige nye mikroRNA som aldri er beskrevet førforeløpig kalt Mpr-Novel-4 og Mpr-Novel-5.
Mpr-Novel-4 er til stede i elefanter og mammuter, mens Mpr-Novel-5 vises i stedet spesifikke for elefantlinjen. Det er ennå ikke kjent om de faktisk er funksjonelle: eksperimentelle tester ville være nødvendig for å forstå dette, men det faktum at et mikroRNA kan «overleve» så lenge er i seg selv en stor prestasjon.
