Геном возрастом 300 000 лет переписывает историю предков современных лошадей
Коллектив учёных из Тюбингенского университета впервые секвенировал ДНК возрастом 300 000 лет, принадлежащую виду Equus mosbachensis, прямому предку современных лошадей. Это открытие, сделанное на памятнике Шёнинген в Германии, где условия сохранности оказались исключительными, бросает вызов известным пределам палеогенетики.
Эволюционная история семейства лошадиных, фундаментальная основа палеонтологии млекопитающих, которая десятилетиями выстраивалась на морфологическом анализе костных остатков, была переписана благодаря восстановлению генетического материала, считавшегося утраченным навсегда. Научному консорциуму из Центра Сенкенберга по эволюции человека и палеосреде Тюбингенского университета и Исследовательской станции Шёнинген удалось извлечь и секвенировать полный митохондриальный геном образцов Equus mosbachensis. Их останки, датированные примерно 300 000 лет, сохранились на стоянке под открытым небом в Нижней Саксонии.
Это техническое достижение, опубликованное в журнале Nature Ecology & Evolution, является древнейшим свидетельством существования ДНК, когда-либо восстановленным в контексте подобного рода. Оно намного превосходит ранее установленный предел в 240 000 лет, который долгое время считался максимальным для сохранения ДНК вне условий вечной мерзлоты или пещер, и окончательно помещает этих животных в прямую эволюционную линию, ведущую ко всем современным домашним и диким лошадям.
Исследование под руководством профессора Козимо Поста, в котором докторант Арианна Вайнгартен выступила первым автором, было сосредоточено на анализе костных остатков, принадлежавших по меньшей мере двадцати особям Equus mosbachensis. Эти животные были добыты и обработаны архаичными человеческими группами на берегу доисторического озера — на месте, уже получившем всемирную известность благодаря обнаружению древнейших в мире полных деревянных копий аналогичного возраста.
Физическая близость между охотничьим оружием и скелетами лошадей представляет собой красноречивое и раннее свидетельство отношений зависимости, которые связывали гоминид с этими животными задолго до начала процесса одомашнивания, начавшегося всего несколько тысяч лет назад. Целью нашего исследования было как раз прояснить филогенетическое положение Equus mosbachensis в рамках сложного генеалогического древа лошадиных и лучше понять его генетические связи с современными популяциями лошадей, — пояснила Вайнгартен.
Ключом к успеху этой работы стало сочетание факторов, включавших отбор особенно плотных и хорошо сохранившихся участков кости, применение передовых молекулярных методов, специально разработанных для восстановления крайне деградировавших фрагментов ДНК, и, что было ключевым, разработку новых специальных биоинформатических методов для сборки и верификации геномов из столь древнего генетического материала.
Результатом стала достоверная реконструкция митохондриальных геномных последовательностей, относящихся к среднему плейстоцену, геологическому периоду, характеризовавшемуся ледниковыми и межледниковыми циклами. До сих пор общепринятым считалось, что ДНК не может сохраняться в условиях открытой местности дольше 240 000 лет, поскольку термические колебания, ультрафиолетовое излучение и микробная деятельность необратимо разрушают молекулу в течение геологически краткого периода времени. Однако лошади из Шёнингена демонстрируют, что этот предел может быть исключительно превышен, — уточнила соавтор Мерет Хойслер.
Причиной такой чудесной сохранности, по словам исследователя, являются уникальные геохимические условия озёрных отложений, в которых покоились кости: постоянно затопленная, холодная среда с очень низкой концентрацией кислорода, которая действовала как своего рода естественный изолятор, резко замедляя процессы разложения и защищая хрупкую структуру ДНК на протяжении тысячелетий.
Филогенетический анализ восстановленных геномов позволил учёным с беспрецедентной точностью поместить шёнингенского Equus mosbachensis в более широкие рамки расселения лошадиных по континентам. Эволюционная история этого семейства отмечена последовательными миграциями по Берингийскому сухопутному мосту, который периодически соединял Азию и Северную Америку.
Были подтверждены две основные волны миграции: первая, около 2,6 миллиона лет назад, принесла предков современных зебр и ослов в Старый Свет, и вторая, между 900 000 и 800 000 лет назад, которая ввезла в Евразию так называемых «кабаллиновых» лошадей, группу, включающую формы, наиболее тесно связанные с современной лошадью. В рамках этой кабаллиновой линии многочисленные ветви, такие как сам Equus mosbachensis, вымерли. Тем не менее, исследование приходит к выводу, что особи, проанализированные в Шёнингене, принадлежат именно к той же эволюционной линии, которая выжила и от которой сегодня происходят все существующие разновидности лошадей на планете.
Это открытие позволяет нам закрыть существенный временной и географический пробел в изучении эволюции лошади, — заявил профессор Пост, оценивая исследование. Однако последствия исследования выходят за рамки эквинологии. Демонстрация того, что возможно восстановить столь древний генетический материал на стоянке под открытым небом, в контексте, ранее считавшемся враждебным для выживания ДНК, открывает революционную линию исследований для палеогенетики.
Возможность применения этой методологии к останкам других видов животных и даже гоминидов, найденных в подобных археологических контекстах, обещает раскрыть совершенно новые главы о биоразнообразии и экологической динамике глубокого прошлого, переписав с молекулярной точки зрения историю жизни на Земле, когда-то считавшуюся безвозвратно утраченной во времени.