Ученые впервые прочитали РНК мамонта возрастом 40 000 лет
Вечная мерзлота Сибири на протяжении тысячелетий хранила не только кости и бивни, но и самые сокровенные тайны вымерших гигантов. Ученые, подобно детективам, ведут расследование, растянувшееся во времени, пытаясь по крупицам восстановить облик и биологию существ ледникового периода. Долгое время главным и почти единственным свидетелем в этом деле была ДНК, несущая в себе архитектурный план организма.
Однако она хранила молчание о самом главном — о последних мгновениях жизни, о том, какие процессы запускались в клетках в ответ на голод, холод или опасность. Этот пробел удалось восполнить международной команде исследователей, совершившей настоящий прорыв: впервые в истории они выделили и секвенировали молекулы РНК из шерстистого мамонта, возрастом почти 39 000 лет. Эти древнейшие из когда-либо найденных молекул РНК стали машиной времени, позволившей заглянуть в финальные часы жизни древнего исполина.
Успех этого новаторского проекта, опубликованного в авторитетном журнале Cell, стал возможен благодаря доступу к исключительно хорошо сохранившимся тканям самки молодого мамонта по кличке Юка, чьи останки были извлечены из сибирской вечной мерзлоты. Исследователи под руководством Эмилио Мармоля, в то время научного сотрудника Стокгольмского университета, бросили вызов устоявшемуся в научном сообществе мнению о том, что РНК является чрезвычайно хрупкой молекулой, быстро разрушающейся после смерти организма. Их работа доказала, что в условиях глубокой заморозки молекулы РНК способны сохраняться в течение невероятно долгих периодов времени, открывая новую эру в палеогенетике.
Ключевым достижением исследования стало выявление тканеспецифичных паттернов экспрессии генов в мышечной ткани мамонта. Ученые проанализировали активность более 20 000 генов, кодирующих белки, и обнаружили, что далеко не все они были активны в момент смерти. Найденные молекулы РНК соответствовали генам, играющим ключевую роль в таких критически важных биологических процессах, как сокращение мышц и регуляция метаболизма в условиях стресса.
Это открытие позволило получить прямые доказательства клеточного стресса, который пережило животное перед гибелью. Данные РНК подтвердили гипотезу, основанную на предыдущих палеонтологических исследованиях, о том, что мамонт Юка стал жертвой нападения пещерных львов незадолго до своей смерти, и его организм активно реагировал на эту экстремальную ситуацию.
Особый интерес ученых вызвали молекулы РНК, не кодирующие белки, в частности, микроРНК. Эти короткие молекулы выполняют роль тонких регуляторов, включая и выключая гены. Обнаружение мышечно-специфичных микроРНК в тканях мамонта стало прямым и первым в своем роде доказательством того, что сложные процессы регуляции генов происходили в реальном времени в глубокой древности.
Более того, эти молекулы послужили дополнительным подтверждением подлинности находки. Идентифицировав редкие, уникальные для мамонтов мутации в некоторых микроРНК, исследователи получили неопровержимые доказательства их происхождения. Анализ РНК также позволил выявить ранее неизвестные гены, что является беспрецедентным достижением для столь древних останков.
Как подчеркивает профессор Лав Дален, это открытие кардинально меняет представления о долговечности биомолекул. Оно означает, что в будущем ученые смогут не только изучать активность генов у различных вымерших животных, но и секвенировать РНК древних вирусов, таких как штаммы гриппа или коронавирусов, которые могли сохраниться в замороженных останках. В перспективе объединение данных о доисторической РНК с информацией, полученной из ДНК, белков и других биомолекул, позволит создать целостную, многомерную картину биологии вымерших видов. Как заключает Эмилио Мармоль, такие исследования способны коренным образом изменить наше понимание вымершей мегафауны, раскрывая многочисленные скрытые слои биологии, которые до сих пор оставались замороженными во времени.