ADN Hóa thạch hàng triệu năm làm thay đổi cây phả hệ của voi ma mút

ADN cổ xưa đã cách mạng hóa cách chúng ta hiểu về tiến hóa của con người, tiết lộ cách các dân số di chuyển và tương tác, đồng thời giới thiệu chúng ta với những người thân như Denisovans, một "họ hàng ma" mà chúng ta không nhận ra nếu không phát hiện ra ADN của họ. Nhưng con người không phải là người duy nhất để lại ADN trong xương của họ, và những phân tích giống như vậy có thể áp dụng cho bất kỳ nhóm loài nào khác.
Hôm nay, voi ma mút lên sân khấu, được giúp đỡ bởi những gì dường như là ADN cổ nhất từng được giải mã. ADN từ ba răng cổ xưa, một trong số đó có thể đã có hơn một triệu năm tuổi, đã cho thấy rằng có một dòng họ ma mút ma trong họ hàng đã giao phối với người thân xa xôi để tạo ra dân số voi ma mút Bắc Mỹ.
Voi ma mút chia sẻ điều gì đó với con người: Giống như chúng ta, chúng bắt đầu như một dân số châu Phi nhưng lan rộng khắp hành tinh. Sau khi lan rộng rất sớm, các dân số voi ma mút đã dành đủ thời gian cách ly từ nhau để hình thành ra các loài khác nhau. Sau khi tách ra từ voi, voi ma mút đầu tiên phân nhánh thành những gì được gọi là loài miền nam và loài đồng cỏ. Sau đó, các sự thích ứng với khí hậu thời kỳ băng hà đã tạo ra voi ma mút tuyết và họ hàng gần của nó, voi ma mút Bắc Mỹ, được gọi là voi ma mút Columbian. Tất cả các loài đó, tuy nhiên, đã tuyệt chủng, và người thân sống sót duy nhất là voi.
Chúng tôi đã thu được ADN từ hai trong những loài này, voi ma mút tuyết và voi ma mút Columbian. Những phân tích này tiết lộ cả một số sự thích ứng với khí hậu lạnh và một mức độ nhỏ của sự lai tạo, khi voi ma mút tuyết đi vào Bắc Mỹ và đóng góp một lượng nhỏ (khoảng 10 phần trăm) vào gen của dân số Columbian.
Công việc nghiên cứu mới tập trung vào những chiếc răng voi ma mút được tìm thấy ở Siberia, nơi điều kiện đã tạo điều kiện cho cả sự bảo quản của hóa thạch và bảo quản ADN chúng chứa. Những chiếc răng này đến từ các lớp vật liệu có vẻ đã được đặt ở đầu kỳ băng hà gần đây nhất, đó là lúc tổ tiên của dân số voi ma mút tuyết nên xuất hiện trong khu vực.
Chúng ta không có ngày cụ thể cho bất kỳ chiếc răng nào, vì chúng có vẻ quá cũ để sử dụng phương pháp đo tuổi carbon. Thay vào đó, ngày thường được suy luận bằng cách kết hợp giữa các loài xuất hiện trong các lớp đất và thời gian đã biết của sự đảo chiều trong lực từ của Trái đất. Ngoài ra, hình dạng của các chiếc răng cung cấp một số gợi ý về loài chúng gắn kết với và một số dấu hiệu thêm về thời điểm chúng được đặt. Tóm lại, một chiếc răng có thể đã có ít nhất 500,000 năm tuổi, một chiếc khoảng một triệu năm tuổi và một chiếc lớn hơn một chút.
Trước đây, ADN cổ nhất thu được từ hóa thạch động vật là độ tuổi gần bằng với chiếc răng trẻ nhất trong những mẫu này. Nhưng các nhà nghiên cứu đã khôi phục được một số ADN giống voi từ mỗi chiếc răng, mặc dù nó bị nát, và nhiều nucleotide cá nhân bị hỏng. Các nhà nghiên cứu đã có thể tách biệt gen họ miến dịch đầy đủ cho mỗi trong ba chiếc răng, vì mỗi tế bào chứa nhiều bản sao của gen miến dịch này trong mỗi mitochondria của nó. Tuy nhiên, chỉ có thể thu được các đoạn gen hạt nhân, nhiều nhất là khoảng 10 phần trăm của một gen, và tồi tệ nhất dưới 2 phần trăm. (Dưới 2 phần trăm vẫn là hàng chục triệu nucleotide cá nhân.)
Sử dụng sự khác biệt giữa ADN voi và voi ma mút và giả định về một tốc độ đột biến không đổi, đội ngũ nghiên cứu đã có thể suy luận ra ngày động vật nào đã để lại chiếc răng phải đã sống. Dựa trên gen miện dịch, ngày thường là 1,6 triệu, 1,3 triệu và 900,000 năm trước. Đối với hai chiếc răng có đủ gen hạt nhân để phân tích, ngày thường là 1,3 triệu và 600,000 năm trước. Những ngày dựa trên ADN cho hai chiếc này khớp khá tốt với nhau và với ngày của vật liệu chúng được tìm thấy. Mẫu cổ nhất có thể cổ hơn cả tầng đất mà nó nằm trong, và do đó có thể đã bị di chuyển sau khi chết.
Mặc dù những ngày này khá không chắc chắn, nhưng chúng khá rõ ràng đặt hai trong số các mẫu này là ADN cổ nhất từng được thu được từ động vật. Và điều đó có nghĩa là những con voi ma mút này đã sống ở Siberia ngay sau khi điều kiện thời kỳ băng hà prevails, mặc dù trước khi có một dòng họ voi ma mút tuyết rõ ràng. Chúng cũng sẽ trước thời điểm con voi ma mút xuất hiện ở Bắc Mỹ được biết đến.
Vì tất cả những lý do này, bộ gen có khả năng chứa đựng nhiều thông tin về lịch sử của voi ma mút.
Và thật vậy. Hai mẫu trẻ hơn rõ ràng thuộc cùng một dòng họ mà sau này đã tạo ra voi ma mút tuyết, mặc dù chúng rõ ràng xuất hiện trước những mẫu gần đây hơn mà đã đưa ra các bộ gen hoàn chỉnh hơn. Nhưng mẫu cổ nhất, từ một địa điểm có tên là Krestovka, dường như là từ một dòng họ riêng biệt hoàn toàn. Mặc dù liên quan đến nhánh voi ma mút tuyết, nó rõ ràng đã rời khỏi nó, và phân tích cho thấy rằng sự chia rẽ đã xảy ra ít nhất 1,8 triệu năm trước.
Krestovka cũng không có bất kỳ hậu duệ hiện đại trực tiếp nào, cho thấy nó có thể đã tuyệt chủng như một dân số riêng biệt. Nhưng nhiều ADN của nó tiếp tục tồn tại như một phần của gen voi ma mút Columbia. Rõ ràng, tại một số điểm sau Krestovka, dòng họ mà nó thuộc về đã giao phối với tổ tiên của voi ma mút tuyết. Kết quả là một hỗn hợp gần 50/50 của các bộ gen của hai nhánh, những hậu duệ của chúng di cư vào Bắc Mỹ và hình thành dân số voi ma mút Columbia. Chỉ sau đó, chúng gặp lại hậu duệ, hiện là một dân số voi ma mút tuyết riêng biệt, khi chúng băng qua vào Bắc Mỹ.
Những con vật này cũng đã gần như thích nghi tốt với lạnh như hậu duệ của chúng, voi ma mút tuyết. Các nhà nghiên cứu xác định 5,600 trường hợp trong đó protein của gen voi khác biệt so với voi. Những con voi ma mút cổ xưa đã thu nhận hơn 85 phần trăm trong số những thay đổi này, bao gồm những thay đổi liên quan đến sự phát triển tóc, tích tụ mỡ, cảm nhận nhiệt độ, và xử lý chu kỳ ngày/đêm.
Nói một cách khác, những thứ này có lẽ trông khá giống voi ma mút tuyết, thậm chí nếu chúng đến từ một dân số vẫn là một phần của một cụm dân lớn hơn của tổ tiên voi ma mút đang sống ở Siberia vào thời điểm đó.
Voi ma mút có thể cung cấp một trường hợp tương đối hiếm, vì chúng ta có nhiều hóa thạch của chúng, và chúng sống ở một khu vực trên thế giới nơi điều kiện bảo quản ADN tốt. Nhưng chúng cũng có thể đã có một chu kỳ thế hệ dài, vì vậy chúng đã trải qua các thay đổi dân số ở một tốc độ chậm hơn nhiều so với nhiều loài khác.
Ngay cả khi việc có được ADN cổ này là hiếm, chúng ta có thể không cần phải sử dụng ADN cổ để có được thông tin có giá về cách các loài xung quanh chúng ta đã xuất hiện. Và dựa trên chúng ta và voi ma mút, khám phá vào những lịch sử này có thể mang lại nhiều điều bất ngờ.
Tự nhiên, 2021. DOI: 10.1038/s41586-021-03224-9 (Về DOIs).
Câu chuyện này ban đầu xuất hiện trên Ars Technica.
- 📩 Cập nhật mới nhất về công nghệ, khoa học, và nhiều hơn nữa: Nhận bản tin của chúng tôi!
- Sư tử, người đa phu, và kịch bản lừa đảo nhiên liệu sinh học
- Đây là cách đeo khẩu trang đúng cách
- Hacker, lọ thủy tinh Mason, và khoa học tự làm nấm
- Các trang web game vẫn cho phép người phát sóng kiếm lời từ sự căm ghét
- Luồng nhạc Lo-fi tất cả đều về niềm phấn khích của sự ít ỏi
- 🎮 MYTOUR Games: Nhận những mẹo, đánh giá, và nhiều hơn nữa
- ✨ Tối ưu hóa cuộc sống tại nhà với những lựa chọn tốt nhất từ đội ngũ Gear của chúng tôi, từ robot hút bụi đến nệm giá rẻ đến loa thông minh
