تم العثور على أحافير للكروموسومات القديمة لأول مرة في جلد العاجي الصوفي البالغ من العمر 52,000 عام

تم العثور على قطعة من جلد الماموث الصوفي المستخرج من التربة الصقيعية في سيبيريا تحتوي على كروموسومات أحفورية في اكتشاف هو الأول من نوعه، وفقًا لدراسة جديدة.

اكتشف الباحثون البقايا التي يعود تاريخها إلى 52,000 عام 2018 بالقرب من قرية بيلايا غورا في شمال شرق سيبيريا، حيث ساعدت درجات الحرارة المتجمدة في الحفاظ على بنية الكروموسومات - وهي هياكل صغيرة تشبه الخيوط تحمل المادة الوراثية أو الحمض النووي - بتفاصيل دقيقة.

وعلى الرغم من العثور على عينات الحمض النووي القديمة عدة مرات من قبل، إلا أنها عادةً ما تكون مجزأة للغاية وتحتوي على مئات الحروف فقط من الشفرة الوراثية. في حين تحتوي الكروموسومات الأحفورية على الملايين، مما يوفر صورة أكثر اكتمالاً بكثير للشفرة الوراثية للحيوان.

"وقال إيريز ليبرمان إيدن، أستاذ علم الوراثة الجزيئية والبشرية في كلية بايلور للطب والمؤلف المشارك في الدراسة التي نُشرت يوم الخميس في مجلة Cell: "لم يتم العثور على كروموسومات أحفورية من قبل.

وأضاف ليبرمان أيدن أنه في النتائج السابقة، كانت الشظايا تفتقر أيضًا إلى بنية منظمة. "هنا، تم ترتيب الشظايا بشكل واضح ثلاثي الأبعاد - بشكل أساسي كما كانت في الكروموسومات الأصلية في الماموث الحي."

وبحسب أولغا دودشينكو، الأستاذة المساعدة في علم الوراثة الجزيئية والبشرية في كلية بايلور للطب والمؤلفة الأولى للدراسة، فإن الكروموسومات التي أشار الباحثون إلى أنها "حفريات غير معدنية، أو أحافير فرعية"، في حالة حفظ جيدة بما يكفي لتجميع الجينوم، أو مجموع كل المادة الوراثية لنوع منقرض.

وقالت دودشينكو، وهي أيضًا باحثة بارزة في مركز الفيزياء البيولوجية النظرية في جامعة رايس: "نحن نعتقد بقوة أن هذا لن ينطبق فقط على الماموث أو هذا الماموث بالتحديد"، "ولكنه يفتح مجالًا جديدًا له إمكانات هائلة."

انتشار الحمض النووي

قال كيفن كامبل، أستاذ علم وظائف الأعضاء البيئي والتطوري في جامعة مانيتوبا في كندا، الذي لم يشارك في الدراسة، إن الحمض النووي داخل أنواع الخلايا المختلفة يتشكل في هياكل ثلاثية الأبعاد متميزة ومحددة تعطي نظرة ثاقبة للخصائص أو السمات الخاصة بهذا النوع من الخلايا.

وأضاف أنه عند الموت، تتحلل خلايا الجسم بسرعة، وتضيع هذه البنية ثلاثية الأبعاد في غضون أيام قليلة أو أقل. أما في حيوانات القطب الشمالي مثل الماموث الصوفي، يكون التحلل أبطأ بسبب درجات الحرارة المتجمدة، لكن الحمض النووي لا يزال يتلف، ومن المتوقع أن يفقد على مدى فترات طويلة البنية والسمات التي تشكل بيولوجيا الأنواع.

وقال كامبل في رسالة بالبريد الإلكتروني: "ومع ذلك، فإن هذه الدراسة هي الأولى التي تثبت أن هذا ليس بالضرورة أن يكون هذا هو الحال دائماً".

وقال دودتشينكو: "الحمض النووي جزيء طويل جدًا، وبمجرد أن يجلس هناك بعد موت الحيوان، يبدأ في التحلل ويتحول إلى قطع أقصر".

وأضاف دودتشينكو: "ما تتوقعه عادةً هو أن كل هذه الأجزاء ستبدأ في التحول فيما يتعلق ببعضها البعض وتطفو بعيدًا نوعًا ما، وتفقد أي تنظيم كان موجودًا". "لكن من الواضح أن هذا لم يحدث في هذه العينة تحديدًا."

وأضافت أن هذا الفقدان للهيكل يسمى الانتشار، وكيفية منعه معروفة جيدًا لعلماء الأغذية - ولا تختلف عن طريقة صنع اللحم البقري المقدد.

وقالت: "إن منع الانتشار هو مفتاح حفظ الأطعمة، فإذا كنت ترغب في الحصول على شيء مستقر لفترة طويلة، فأنت تحتاج أساسًا إلى مزيج من الجفاف والتبريد". "إن أي طعام مستقر غير معلب يكون على الأرجح في حالة إيقاف الانتشار."

عندما مات الماموث الذي أتت منه عينة الجلد، ربما كانت الظروف مناسبة تماماً لبدء هذه العملية بشكل طبيعي. قالت دودتشينكو: "(الذبيحة) ربما تكون قد خضعت تلقائيًا لنفس الإجراء الذي نستخدمه الآن تجاريًا طوال الوقت،" وأضافت: "إزالة كميات كبيرة من الماء، وإيقاف الانتشار في الداخل وتثبيت تلك الأجزاء من الكروموسومات في مكانها، مما يسمح لنا بقراءتها بعد 52,000 سنة بعد 52,000 سنة من حدوثها."

ولكن على الرغم من الحفاظ عليها بشكل جيد، إلا أن الحمض النووي لم يكن سليماً تماماً. "قال إيدن في رسالة بالبريد الإلكتروني: "كل كروموسوم، وهو في الأصل جزيء حمض نووي واحد، قد تفتت إلى ملايين من جزيئات الحمض النووي. "لكن الجزيئات لم تتحرك الجزيئات بشكل رهيب، حتى على مقياس النانومتر، ولهذا السبب نسميه كروموسوم أحفوري."

وقالت ليبرمان آيدن إنه لو كانت هذه العينة كتابًا، لكان التجليد قد اختفى، تاركًا عددًا كبيرًا من الصفحات غير المربوطة، أو أجزاء الحمض النووي. فالانتشار مثل الرياح التي تطير الصفحات بعيداً، مما يجعل من المستحيل إعادة ترتيبها مرة أخرى. لكن في هذه العينة، لم تتطاير الصفحات أبداً، بل بقيت في كومة مرتبة، تماماً كما كانت قبل فقدان التجليد.

إطلاق النار على لحم البقر المقدد

وقد أكد الباحثون نظرية الحفظ هذه من خلال إجراء بعض التجارب على لحم البقر المقدد لمعرفة مدى سوء معاملة وجبة اللحم الخفيفة قبل أن تفقد الكروموسومات الموجودة بداخلها بنيتها.

وقالت الدكتورة سينثيا بيريز إسترادا، المؤلفة الأولى للدراسة والباحثة في مركز هندسة الجينوم في بايلور وفي مركز رايس للفيزياء البيولوجية النظرية: "قررنا اختبار مدى قدرة هذا الجزيء الجميل على مقاومة الإجهاد والأذى من خلال جعل أحد لاعبي فريق هيوستن أستروس يرمي كرة سريعة عليه وإطلاق بندقية عليه".

وأضافت بيريز إسترادا: "كان اللحم البقري يتكسر أكثر فأكثر، لكن بنية الحمض النووي كانت لا تزال موجودة، مما يخبرنا أن الحمض النووي مقاوم للغاية وأكثر من ذلك في هذا النوع من الحالة الشبيهة بالزجاج (كما في العينة)، حيث تكون الجزيئات متجمدة بشكل أساسي وتتصرف مثل البلورة".

وبفضل المعلومات الجينية المكتشفة حديثاً الموجودة في عينات الجلد، تمكن الباحثون للمرة الأولى من تحديد أن الماموث الصوفي كان لديه 28 زوجاً من الكروموسومات، تماماً مثل الفيلة الحديثة.

لكن التركيبة سمحت لهم بالتقدم خطوة إلى الأمام ومعرفة الجينات الفردية التي كانت نشطة في الحيوان. "قال دودتشينكو: "يريد الجميع معرفة ما الذي جعله صوفيًا بالضبط، ولدينا بعض الأفكار بفضل الطريقة التي حُفظت بها هذه الكروموسومات."

أحلام الماموث

تمكن الباحثون من مقارنة جينات فردية من عينة الماموث مع الجينات المكافئة في الفيلة الحديثة، ولاحظوا وجود اختلافات في نشاط الجينات التي تنظم بصيلات الشعر. لكن الحمض النووي المأخوذ من الفيلة كان ضروريًا أيضًا لتجميع جينوم الماموث.

يقول دودتشينكو: "كان حلمنا وأملنا هو تجميع جينوم الماموث بالكامل، ولكننا لم نصل إلى هذا الحد حتى الآن، حيث ما زلنا نستخدم بعض المعلومات من أقرب أقرب أقاربه للمساعدة، لأن كمية البيانات التي تمكنا من الحصول عليها من الماموث كانت أقل مما نحتاجه عادةً". "لكن الأساسيات تخبرنا أنه مع استمرارنا في العمل على ذلك، سنتمكن من القيام بذلك (دون مساعدة الحمض النووي للفيل)."

هل يمكن للكروموسومات الأحفورية أن تجعل حلم إحياء الماموث الصوفي حقيقة واقعة؟ "قال دودتشنكو: "ستكون البيولوجيا الأساسية التي نتعلمها من هذا الأمر مفيدة، ولا شك في ذلك. "هل نحن أقرب؟ لقد اقتربنا خطوة واحدة، ولكن لا تزال هناك خطوات قليلة أمامنا وجميع أنواع الاعتبارات الأخرى التي تتجاوز العلوم الأساسية."

يأمل الباحثون أيضاً أن نفس المنهجية المستخدمة على عينة الماموث يمكن تطبيقها على عينات من أنواع أخرى.

"قالت مارسيلا ساندوفال-فيلاسكو، الباحثة الزائرة في مركز علم الكروموسومات التطوري في جامعة كوبنهاغن في الدنمارك والمؤلف الأول المشارك في الدراسة: "نأمل أن نجد هياكل الكروموسومات في عينات المتحف. "ليس فقط العينات دائمة التجمد، لأن ذلك يضيق نطاق البحث كثيرًا، ولكن أيضًا عينات من مجموعات المتاحف. هناك إمكانات هائلة في هذا المجال"، مستشهدةً بوحيد القرن الصوفي والأسود المنقرضة والحمام الراكب كبعض الأنواع المنقرضة التي قد يكتشف العلماء المزيد عنها بهذه الطريقة.

وترى بيريز إسترادا أن هذه الإمكانية تفتح الباب أمام المزيد من الاكتشافات.

وقالت: "سيستغرق الأمر جهدًا هائلًا للعثور على عينات مناسبة، لذلك سيكون هناك الكثير من العمل في المستقبل - لكنني لن أتفاجأ إذا اكتشفنا بعد ذلك شيئًا جديدًا ومختلفًا تمامًا عما لدينا الآن". "هذا أيضًا سؤال مفتوح ومثير حقًا: ماذا أيضاً وما هي السمات المادية الأخرى (للحمض النووي) التي يمكن الحفاظ عليها؟

نتائج مثيرة

أعرب الباحثون الذين لم يشاركوا في الدراسة عن حماسهم للنتائج التي تم التوصل إليها.

قال بيتر هاينتزمان، عالم الجينوم القديم في جامعة ستوكهولم في السويد، إن هذه الدراسة هي الأولى من نوعها التي تعيد بناء بنية أو بنية جينوم من الأنواع المنقرضة التي عاشت خلال العصر الجليدي الأخير. قال هاينتزمان في رسالة بالبريد الإلكتروني: "توفر هذه المعلومات الهيكلية رؤى حول وظائف جينوم الماموث الصوفي التي لم تكن مرئية باستخدام الأساليب الجينومية السابقة". "وبالتالي فإن هذا التقدم يساعد على فتح آفاق جديدة ومثيرة في علم الجينوم القديم، ودراسة الجينوم القديم، ومن المرجح أن يوفر المزيد من التبصر في كيفية تطور الأنواع المنقرضة وعيشها وانقراضها."

قال ديمتري فيلاتوف، أستاذ علم الأحياء في جامعة أكسفورد في المملكة المتحدة، إنه كان من المدهش رؤية إعادة بناء عالية الجودة على مستوى الكروموسوم لجينوم الماموث الذي أوردته هذه الدراسة، وذلك بسبب مدى تدهور الحمض النووي وتجزئته من العينات القديمة عادةً.

وقال فيلاتوف في رسالة بالبريد الإلكتروني: "من المدهش أكثر أن الباحثين تمكنوا من الاستدلال على الجينات النشطة والجينات التي كانت متوقفة في عينة الماموث ومقارنة ذلك بالتعبير الجيني في الفيلة". "سيحفز هذا بالتأكيد المزيد من الأبحاث الجينية القديمة في الأنواع الأخرى."

ووصف هندريك بوينار، مدير مركز الحمض النووي القديم في جامعة ماكماستر في أونتاريو، الورقة البحثية بأنها "مثيرة للغاية". وقال بوينار إنه عادةً مع البقايا الأحفورية لا يمكن للباحثين القيام بأي شيء قريب من تجميع الجينوم.

وأضاف في رسالة بالبريد الإلكتروني: "لا أعرف كم عدد عينات الأنسجة التي سيكون لها هذا المستوى من الحفظ"، "لكنني أعتقد أن الطريقة ستجعلنا نفكر في طرق جديدة لاستخراج الحمض النووي من الأنسجة بطرق أخرى غير التي اعتدنا عليها."