У самых древних шерстистых мамонтов уши были больше

«У шерстистых мамонтов есть некоторые очень характерные морфологические особенности, такие как густой мех и маленькие уши, (…) но есть также много других адаптаций, таких как метаболизм жира и восприятие холода, которые не так очевидны, потому что они находятся на молекулярном уровне», — говорит первый автор статьи палеогенетик Дэвид Диес-дель-Молино из Центра палеогенетики в Стокгольме.

Чтобы определить гены, которые активно эволюционировали у мамонтов, то есть накопили большое количество мутаций, ученые сравнили геномы 23 сибирских шерстистых мамонтов с 28 геномами современных азиатских и африканских слонов. Двадцать два мамонта жили сравнительно недавно —не ранее 100 тысяч лет; геномы шестнадцати ранее не были секвенированы. Двадцать третий — знаменитый Чукоча, один из древнейших известных мамонтов, жил примерно 700 тысяч лет назад (подробнее о его геноме на PCR.NEWS). для Чукочи авторы получили дополнительные геномные данные, увеличив покрытие до 2,3х.

«Наличие генома Чукочи позволило нам идентифицировать ряд генов, которые эволюционировали в течение жизни шерстистого мамонта как вида, — говорит ведущий автор Лов Дален, профессор эволюционной геномики в Центре палеогенетики в Стокгольме. — Это позволяет нам изучать эволюцию в режиме реального времени».

Авторы нашли тысячи несинонимичных (влияющих на последовательность аминокислот в белке) вариантов, уникальных для мамонта, и биоинформатическими методами оценили их возможное влияние на функции белков. В список вошли гены, ассоциированные с ростом шерсти, запасанием жира и метаболизмом липидов, иммунным ответом, термочувствительности, ДНК-репарации, а также репродукции и особенностей метаболизма белков и углеводов.

Среди генов, способствующих росту шерсти, — AHNAK2, который у людей экспрессируется в коже и участвует в развитии волосяных фолликулов, KRT8, FLG и LYST. Мутации в последнем отвечают за окраску меха белого медведя и более светлую окраску у других млекопитающих. Интересно, что у мамонта активно эволюционировали многие гены, ассоциированные с аномальным развитием волос у человека.

Среди генов, связанных с метаболизмом жира, — ACADM, отвечающий за расщепление жирных кислот и аминокислот. Ген TET1 имеет много функций, в том числе является супрессором ключевых генов термогенеза. Некоторые гены обмена жиров, такие как APOB, находятся под положительным отбором и у других арктических видов — северных оленей, белых медведей, — «что означает, вероятно, конвергентную эволюцию этих генов у адаптированных к холоду млекопитающих», замечает Диес-дель-Молино.

Положительный отбор у мамонтов затронул гены иммунной системы. Продукт гена PARP14 активирует дифференцировку T-хелперов 2 типа, обеспечивающих иммунный ответ на внеклеточные патогены, включая паразитарные инфекции. CD1D кодирует молекулу, презентирующую антигены NK T-клеткам, что важно для ответа на инвазивные микроорганизмы.

У мамонтов накопили много мутаций гены BRCA, известные своей ассоциацией с раком молочной железы у людей (в норме их продукты отвечают за репарацию ДНК и имеют антионкогенное действие). Аналогичная картина наблюдается и у азиатского слона; кстати, слоны знамениты тем, что рак у них встречается реже, чем у более мелких млекопитающих.

Наконец, у мамонтов затронуты отбором гены, имеющие отношение к термочувствительности: SCN10A (восприятие очень низких температур как болезненных), гены семейства TRP. Любопытно, что затронут и ген, не аннотированный у мамонта, но сходный с человеческим геном CDK5RAP2, который контролирует размер мозга.

В предыдущих подобных исследованиях изучались геномы одного или двух шерстистых мамонтов, но сейчас впервые сравнили такое большое количество геномов. Это позволило идентифицировать гены, общие для всех мамонтов, которые с наибольшей вероятностью являются адаптивными, в отличие от мутаций, присутствующих у отдельных особей. (Найдено в общей сложности 21 249 732 сайта с мутациями, но лишь 1 176 471, то есть около 5,5%, оказались общими для всех мамонтов, подчеркивают авторы.)

А что с эволюцией внутри вида? Геномы Чукочи и геномы более поздних мамонтов имеют примерно 91,7% общих несинонимичных мутаций (3 644 из 3 972). Это значит, что густой мех, адаптированные к холоду обмен и термочувствительность, вероятно, уже присутствовали у ранних представителей вида, когда шерстистый мамонт отделился от своего предка, степного мамонта. Однако эти черты у потомков Чукочи получили дальнейшее развитие. Например, у них появились мутации в гене FLG — мыши с такой мутацией имеют маленькие уши. Мутации в других генах делают волосы неровными и жесткими. Вероятно, у ранних мамонтов уши были больше, а шерсть не такой теплой, как у их потомков; характерные черты вида формировались постепенно, за счет множественных мутаций в разных генах. Эволюционные изменения также могли коснуться плотности костей и строения тела, метаболизма жиров. Более поздние шерстистые мамонты имели несколько дополнительных мутаций в генах, связанных с иммунитетом, включая CD4, кодирующий антиген Т-клеток. Авторы предполагают, что эти мутации могли усиливать клеточный ответ на вирусы.

Работа с древней ДНК — сложная задача на всех этапах, от сбора образцов до биоинформатического анализа. «Помимо полевых работ, где нам приходится сражаться как с белыми медведями, так и с комарами, еще один аспект, который делает это намного сложнее, заключается в том, что вы должны работать в лаборатории древней ДНК, а это означает, что вы должны одеться в этот полный костюм — комбинезон с капюшоном, маской и забралом, а также двойные перчатки, так что выполнять лабораторные работы, мягко говоря, неудобно, — говорит Дален. — Я хотел бы отметить Марианну Дехаск, второго автора этой статьи, которая приложила титанические усилия для выполнения лабораторных работ с большинством этих образцов».

Все мамонты, геномы которых были включены в исследование, найдены в Сибири, но исследователи надеются исследовать также североамериканских шерстистых мамонтов. «Пару лет назад мы показали, что существует поток генов между шерстистыми мамонтами и предками колумбийских мамонтов, так что это нам нужно будет учитывать, потому что североамериканские шерстистые мамонты могли также нести гены других видов мамонтов, помимо шерстистого», — говорит Дален.

Мамонт, возможно, отрастил шерсть из-за обширной делеции в гене DROSHA

ДНК возрастом более миллиона лет и новые факты из истории мамонтов