توالی‌یابی ژنوم خرس باستانی از خاک یک غار قدیمی

دانشمندان برای اولین‌ بار DNA باستانی را از نمونه‌های خاک توالی‌یابی کرده‌اند. DNA توالی‌یابی‌شده مربوط به خرس‌های پارینه‌سنگی زبرین بود که حدود ۱۶ هزار سال پیش از غار به‌عنوان محل دفع فضولات استفاده می‌کردند. دانشمندان کار خود را به‌عنوان نقطه‌ی عطفی در ژنومیک توصیف می‌کنند؛ زیرا موفقیت آن‌ها به این معنا است که دیگر بقایای فسیل‌شده تنها راه به دست آوردن DNA باستانی نیست. این دستاورد نشان می‌دهد که DNA باستانی می‌تواند به‌جای افراد پراکنده و ازهم‌گسیخته، در چارچوب جمعیت مورد مطالعه قرار گیرد. اسک ویلرسلف، ژنتیک‌دان دانشگاه کپنهاگ دانمارک، توضیح می‌دهد:

وقتی حیوان یا انسانی ادرار یا دفع می‌کند، سلول‌های ارگانیسم‌ها نیز دفع می‌شوند. با استفاده از تکنیک‌های تعیین ‌توالی بسیار قدرتمند، برای اولین‌ بار ژنوم‌ را بر اساس این قطعات بازسازی کردیم. ما نشان داده‌ایم که مو، ادرار و مدفوع همه مواد ژنتیکی را فراهم می‌کنند که در شرایط مناسب می‌تواند برای بیش از ده هزار سال باقی بماند.

به گزارش ساینس الرت، غار چیکیهوئیت، جایی که نمونه‌ها از آن به دست آمد، به‌عنوان محلی مهم تاریخی شناخته می‌شود. ابزارها و قطعات سنگی زیادی که قدمت آن‌ها به ۲۵ هزار تا ۳۰ هزار سال پیش برمی‌گردد، نشان‌دهنده‌ی این است که زمانی انسان‌ها در این غار ساکن بودند. البته انسان‌ها تنها موجوداتی نبودند که از این غار استفاده کردند. استخوان‌ها و آثار DNA وجود حیوانات مختلفی از جمله خرس‌ها، خفاش‌ها، وُل‌‌ها، موش‌های صحرایی، جوندگان و خرموش کانگورویی را نشان می‌دهد.

ویلرسلف و گروهش با استفاده از این نمونه‌ها ژنوم‌های کامل دو خرس عصر پارینه‌سنگی زبرین را توالی‌یابی و بازسازی کردند. اولین نمونه، جد خرس سیاه آمریکایی (Ursus americanus) است که هنوز در جنگل‌های آمریکای شمالی پرسه می‌زند. نمونه‌ی دوم مربوط به خرس کوتاه‌چهره غول‌پیکر (Arctodus simus) است که منقرض شده. این حیوان یکی از بزرگ‌ترین خرس‌های زمین بود و در پایان آخرین عصر یخبندان (حدود ۱۱ هزار سال پیش) از بین رفت.

پژوهشگران در حال نمونه‌برداری از لایه‌های مختلف غار

پژوهشگران ژنوم‌های بازسازی‌شده را با ژنوم خرس‌های دیگر ازجمله ۸۳ خرس سیاه امروزی از آمریکا و کانادا و سه خرس کوتاه چهره غول‌پیکر که بر اساس تجزیه‌و‌تحلیل بقایای فسیل‌شده‌، حدود ۲۲ هزار سال پیش در یوکان کانادا زندگی می‌کرد، مقایسه کردند. آن‌ها دریافتند که خرس‌های سیاه چیکیهوئیت ارتباط نزدیکی با خرس‌های مدرن در آمریکای شمالی و نیز تبار مشترکی با خرس‌های سیاه آلاسکا دارند. پژوهشگران همچنین کشف کردند که خرس‌های چیکیهوئیت به تباری شرقی تعلق دارند و این تبار اولین تباری بوده است که از دیگر جمعیت‌های امروزی خرس‌های سیاه آمریکایی جدا شد.

توالی DNA خرس‌های کوتاه‌چهره غول‌پیکر با استفاده از DNA هر هشت خرس امروزی حاضر در خانواده‌ی خرس‌سانان و نیز سه خرس منقرض‌شده و سه خرس کوتاه‌چهره غول‌پیکر در قلمرو یوکان بازسازی شد. میکل وینثر پدرسن از دانشگاه کپنهاگ، می‌گوید:

خرس‌های کوتاه‌چهره که در شمال مکزیک زندگی می‌کردند، با جمعیت خرس‌های کوتاه چهره‌ای که در شمال غربی کانادا زندگی می‌کنند، متفاوت بودند. این نمونه‌ی عالی از دانشی جدید است که به‌طور ناگهانی وقتی ژنوم‌ها را بر اساس قطعات DNA استخراج‌شده از خاک بازسازی می‌کنید، در دسترس قرار می‌گیرد.

به گفته‌ی پژوهشگران، علاوه بر کشف‌های مرتبط با خرس‌ها که برخی شکاف‌های موجود در دانش در مورد تبار حیوانات در قاره آمریکا را پر می‌کند، نتایج نشان می‌دهد بیش از آنچه قبلاً تصور می‌شد، می‌توان از DNA محیطی اطلاعات به دست آورد.

قبلاً از قطعات DNA که در رسوبات یافت می‌شود، فقط برای شناسایی یک گونه و تعیین زمان آن استفاده می‌شد. اکنون با استفاده از تکنیک‌های این گروه پژوهشی، دانشمندان ممکن است بتوانند دانش بیشتری درباره‌ی این جانوران به دست آوردند؛ از جمله اینکه آن‌ها در کدام نقطه از درخت خانوادگی خود قرار می‌گیرند و چگونه مهاجرت کرده‌اند و از اجداد مشترک خود فاصله گرفته‌اند. ویلرسلف می‌گوید:

در سراسر جهان، افرادی که از نظر علمی در مطالعه‌ی DNA باستانی مشارکت دارند، نیاز به بازسازی ژنوم را از روی قطعاتی که در خاک یا رسوبات پیدا می‌شود، قبول داشتند. توانایی انجام این کار برای اولین‌بار به این معنا است که از مرز جدیدی عبور کرده‌ایم. تجزیه‌و‌تحلیل DNA یافت‌شده در خاک می‌تواند به افزایش آگاهی ما در مورد موارد مختلفی از تکامل گونه‌ها تا تحولات اقلیمی کمک کند و نقطه عطفی در ژنومیک است؛ زیرا دیگر به فسیل‌ها نیازی نخواهیم داشت.

پژوهش جدید در مجله‌ی Current Biology منتشر شده است.