Сайт Наука в Сибіру 6 липня 2017 р
Газета Наука в Сибіру №26 (3087) від 6 липня 2017 р
Сайт National Geographic Росія 6 липня 2017 р
Сайт Новини Сибірської Науки 6 липня 2017 р
Інтернет-видання Сіб.фм 6 липня 2017 р
Сайт Наш будинок Новосибірськ 6 липня 2017 р
Сайт Народні Новини 7 липня 2017 р
Сайт ДТРК "Новосибірськ" 7 липня 2017 р
Сайт Новосибірські Новини 7 липня 2017 р
Сайт Новини Mail.Ru 7 липня 2017 р
Сайт Російської Газети 7 липня 2017 р
Портал Наукова Росія 7 серпня 2017 р
Кілька мільйонів років тому не було ні білих, ні бурих, ні гімалайських ведмедів, але завдяки еволюції і змін клімату предки клишоногих пристосувалися до умов середовища, розділившись на вже відомі нам види. Дізнатися про те, як давно існують ті чи інші представники цього сімейства і наскільки вони родинно пов'язані, допомагає аналіз стародавньої ДНК, який проводиться вченими з Інституту молекулярної і клітинної біології СО РАН.
Давню ДНК отримують з будь-яких археологічних або палеонтологічних зразків: кісткових останків, зубів, муміфікованою тканини, вовни, пір'я, шкаралупи, зерен рослин. У цьому вченим допомагає так звана полімеразна ланцюгова реакція - експериментальний метод, що дозволяє домогтися збільшення малих концентрацій фрагментів ДНК в біологічному матеріалі.
Коли з'явилася можливість виділяти ДНК з древніх зразків, почали створюватися науки на стику різних дисциплін - в тому числі археогенетика (або палеогенетіка), що включає в себе аналіз стародавньої ДНK, де для нового погляду на археологічні зразки використовуються молекулярні методи.
Вперше стародавня ДНК була виділена в 1984 році з музейного експоната кваги: вимерлого виду родини конячих. Спочатку методи були малоефективні, але з розвитком ПЛР почалися масові дослідження ДНК із древніх зразків, в тому числі вимерлих ссавців, динозаврів і навіть організмів, укладених в бурштині. Науковий світ з оптимізмом сприйняв подібні роботи, але із застосуванням ПЛР виникла така проблема, як контамінації - випадкове забруднення об'єкта чужорідної ДНК.
Квагга в Лондонському зоопарку
- Наприклад, динозаври в підсумку виявилися найближчими родичами курок - хоча, швидше за все хтось із лабораторії в цей день їв страву з таким м'ясом, - розповідає молодший науковий співробітник лабораторії порівняльної геноміки ІМБК СО РАН Анна Сергіївна Дружкова. - Подібні помилки пов'язані з тим, що полімеразна ланцюгова реакція краще йде на ДНК з сучасних зразків - адже у них можна взяти кров або м'язову тканину, і вони не піддавалися тривалому впливу руйнуючих факторів.
Якщо мати спеціальним обладнанням і методами, геном різних тварин зчитується як відкрита книга, однак стародавні зразки найчастіше представляють собою розірвання книги або уривки сторінок з незбереженим текстами. Іноді в зразку просто не зберігається ДНК - залишається тільки звалище того, що було поруч: інформація про грунті, викопують зразок людей, які взяли участь в розкладанні мікроорганізмах, різних грибах і бактеріях. В ідеальних умовах розрахунок збереження ДНК становить один мільйон років, але не кожен зразок після смерті потрапляє в "холодильник" на -74 ° C. Тому коли почалася робота з ДНК, вчені насамперед звертали увагу на зразки з вічної мерзлоти (наприклад, мамонтів) або з печер з сухим мікрокліматом, завдяки якому організм муміфікувався.
- У наших дослідженнях були кісткові зразки, які зазнали проходженню через травний тракт гієн, що теж впливало на ДНК, - додає Анна Дружкова. - Щоб відрізнити, виділили ви ДНК з шуканого зразка, який сидів поруч вченого або собаки, яка вдома потерлася про його ногу, були придумані суворі критерії автентичності. Вони мають на увазі роботу в лабораторіях в спеціальному скафандрі, обробку всіх поверхонь спеціальними деконтомінаторамі і зміну рукавичок при кожному зіткненні з новим зразком.
Для більш точного результату при приготуванні геномних бібліотек потрібно прибирати контамінації шляхом виключення високомолекулярних фрагментів, так як вони відносяться до сучасних організмів. Стародавня ДНК деградує і може містити від 70 до 120 пар нуклеотидів, в той час як в сучасній їх близько 1000 - навіть якщо враховувати найдрібніші фрагменти. Тому можна з упевненістю виключати великі, не кажучи вже про те, що більше покриття при секвенування дає можливість відібрати потрібні послідовності в спірних моментах, які вчені вважають контамінації.
- Коли ми почали свої роботи з древньою ДНК, виникло питання, де брати зразки, і тут нам допоміг Інститут археології та етнографії СО РАН, - додає дослідниця. - У ньому є колекції кісток різних ссавців, за допомогою яких реально відновити еволюційну історію будь-якого виду. Для нашого дослідження були взяті зразки ведмедів - бурих і вимерлих малих печерних. Щодо останніх виникло багато суперечок: інші генетики вже досліджували кісткові зразки з Алтаю і стверджували, що там мешкали тільки бурі ведмеді. Однак на підставі морфометричних показників наші колеги вважали, що на Алтаї жили і інші види.
Порівняння кісток сучасного бурого ведмедя і вимерлого малого печерного ведмедя
Частина зразків була взята з Денисової печери - місця, де завдяки мікроклімату добре зберігається ДНК. Також використовувалися кістки, вимившіеся на берега сибірських річок Чумиш і Чик. Вік зразків звідти склав приблизно 32 000 років, і, незважаючи на те, що кістки почорніли і погано збереглися, сучасні методи дозволили отримати мітохондріальний геном навіть з них.
- Щоб виділити ДНК, ми використовуємо широко поширений спосіб, - пояснює Анна Дружкова. - Для початку прибираємо верхній шар кістки (де найбільше контамінацій) за допомогою алмазного диска, подрібнюємо невеликий фрагмент в пудру і розчиняємо в спеціальному розчині, очищаючи від перешкоджають ПЛР забруднень. Природно, з давнього зразка виділяється все, що знаходилося поряд: гриби, бактерії, люди.
Зміст мітохондріальної ДНК в зразку невелика, так як певне місце займає ядерна ДНК і різні контамінації. Тому вчені використовують протокол збагачення за допомогою зондів (фрагментів) з ДНК сучасного зразка цього ж або близькоспорідненого виду. До сучасної ДНК як до магніту притягуються найбільш схожі фрагменти стародавньої, що містять унікальні бар-коди - немов однакові бирки, за якими в ході біоінформаційного аналізу можна впорядкувати всі послідовності з давнього зразка і не сплутати з сучасним, узятим для збагачення. Таким чином з усієї суміші ДНК з давнього зразка вчені "витягають" шукані мітохондріальні фрагменти.
- Бурі ведмеді, які фігурували в нашому дослідженні, дійсно відносяться до бурих, без похибок, - підкреслює дослідниця. - Те ж саме з печерними. Це важливий результат, адже молекулярно доведено, що на території Західного Сибіру мешкали представники різних видів з сімейства ведмежих.
Зверху - нижня щелепа бурого ведмедя, нижче - нижня щелепа малого печерного ведмедя
Завдяки очищенню від контамінацій і збагачення бібліотек для секвенування вченим вдалося зібрати мітохондріальні геноми і побудувати філіпченкове дерево, що відображає еволюційні взаємозв'язки між різними представниками ведмежих. Справа в тому, що в результаті останнього льодовикового максимуму невелика група бурих ведмедів розселялися по всій Євразії. Дослідникам з ІМКБ СО РАН вдалося показати, що на території Сибіру жили представники з більш ранніх міграційних хвиль, сліди яких залишилися в сучасних популяціях ведмедів Японських островів і Аляски. Так, алтайські ведмеді з розкопу Коливань віком в 3 500 років і з Денисової печери віком в 5 000 років входять в заключну хвилю мігрантів, що розселилися в останні 10 000 років, а ведмідь з річки Чумиш, якому 32 000 років, відноситься до передостанньої міграційної хвилі , що пройшла 30-50 тисяч років тому.
- Ще у нас був ведмідь віком близько 32 000 років з річки Чик, - розповідає Анна Дружкова. - Він також належить до групи бурих ведмедів, найбільш близьких до сучасних білим і бурим, які зараз зустрічаються на островах Адміралтейському і Баранова. Коли ми зрозуміли, що даних за сучасними ведмедям в Сибіру недостатньо, так як територія дуже велика, колеги поділилися з нами сучасним зразком з Іркутська. Ми зробили по ньому збагачення, і виявили, що він теж відноситься до цієї унікальної групи з передостанньої міграційної хвилі, - один з сорока сучасних ведмедів виявився з таким унікальним гаплотипом!
За раніше отриманими розрахунками загальний предок з бурими і печерними ведмедями жив близько трьох мільйонів років тому. На підставі дослідження вчених з ІМКБ СО РАН можна стверджувати, що бурі ведмеді, які існували на території Сибіру, були дуже різноманітні, і їх сліди реально знайти по всьому сучасному ареалу оббирання.
Найпершими від загального предка відокремилися американські і тибетські ведмеді, а потім вже печерні, білі і слідом - все бурі. На багато перетворення вплинули кліматичні зміни і льодовикові періоди, тому ареали проживання бурих і білих змішувалися. Однак білі були окремим видом близько 700 000 років тому по теоретичним розрахункам на підставі аналізу ядерних генів сучасних ведмедів.
Сибірські вчені використовували грізлі і гімалайського ведмедя як аут-групу (найбільш близькоспоріднені види), але вони знаходяться на далеко лежить гілки. За мітохондріальної ДНК також зустрічається спорідненість бурих ведмедів з білими, проте якщо дивитися на ядерну, стає ясно, що білі - однозначно більш рання відокремилася гілка. Тому з печерними ведмедями може бути те ж саме, адже мітохондріальна ДНК дає інформацію тільки по материнській лінії. Поки не можна сказати, що малі печерні ведмеді - окремий вид серед печерних, але точно можна стверджувати, що вони дійсно відрізняються від бурих.
Олена Литвиненко
Фото 1 - Wikipedia.org
Фото 2 і 3 надані Ганною Дружкова
PDF-файл статті
