Μια ομάδα ερευνητών από το Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης, το Εργαστήριο SciLifeLab στη Σουηδία και το Centre for Palaeogenetics (μια κοινοπραξία μεταξύ του Πανεπιστημίου της Στοκχόλμης και του Σουηδικού Μουσείου Φυσικής Ιστορίας) κατάφεραν να απομονώσουν και να αλληλουχήσουν μόρια RNA από κατεψυγμένο ιστό μαμούθ που είχε διατηρηθεί για σχεδόν 40.000 χρόνια στο μόνιμα παγωμένο έδαφος της Σιβηρίας (permafrost). Πρόκειται για τα παλαιότερα μεταγραφικά ίχνη RNA που έχουν εντοπιστεί ποτέ σε έναν εξαφανισμένο οργανισμό. Και αυτό είναι είδηση!
«Τέτοιες μελέτες θα μπορούσαν να αναδιαμορφώσουν ριζικά την κατανόησή μας για την εξαφανισμένη μεγαπανίδα, καθώς και για άλλα είδη, αποκαλύπτοντας τα πολλά κρυμμένα επίπεδα βιολογίας που έχουν παραμείνει παγωμένα στον χρόνο μέχρι σήμερα», λέει ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, Emilio Mármol, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Globe Institute του Πανεπιστημίου της Κοπεγχάγης.
Η ανάκτηση μεταγραφικών δεδομένων σε εξαφανισμένα είδη αποτελεί ένα ιδιαίτερο πρόβλημα, καθώς δεν υπάρχουν πλέον διαθέσιμες ζωντανές πηγές «φρέσκου» RNA. Το RNA (ριβονουκλεϊκό οξύ) είναι το μόριο που δείχνει ποια γονίδια βρίσκονταν σε λειτουργία σε έναν οργανισμό σε μια δεδομένη στιγμή, δηλαδή ποια τμήματα του γενετικού του υλικού ήταν ενεργά. Σε αντίθεση με το DNA, που μπορεί να ανασυνθέσει το γενετικό «σχέδιο» μιας ζωής, το RNA αποκαλύπτει τι συνέβαινε πραγματικά στα κύτταρα εκείνη τη στιγμή σε ένα λεπτότερο επίπεδο.
Πριν από αυτή την έρευνα, επικρατούσε η πεποίθηση ότι το RNA είναι πολύ ασταθές για να επιβιώσει πέρα από λίγες ώρες μετά τον θάνατο ενός οργανισμού. Η νέα μελέτη καταρρίπτει αυτή τη θεώρηση, υποδεικνύοντας ότι υπό εξαιρετικά ψυχρές και σταθερές συνθήκες μόρια RNA μπορούν να διατηρηθούν για δεκάδες χιλιάδες χρόνια και να «διαβαστούν», παρέχοντας νέες γνώσεις σχετικά με τη βιολογία εξαφανισμένων ειδών.
«Η σύγχρονη αντίληψη στη μοριακή βιολογία υποστηρίζει πως η αλληλουχία DNA του γονιδιώματος, από μόνη της, δεν είναι αρκετή για να εξηγήσει την ποικιλομορφία των ιστών και την πολυπλοκότητα των διεργασιών που λαμβάνουν χώρα μέσα σε έναν οργανισμό. Η ανάλυση του RNA παίζει καθοριστικό ρόλο σε αυτό. Στη συγκεκριμένη έρευνα χρησιμοποιούμε το RNA για να αναλύσουμε “snapshots” από τις μοριακές διεργασίες που εκτυλίσσονταν στο εσωτερικό ενός κυττάρου από μαμούθ το οποίο περπάτησε στη Γη την τελευταία Εποχή των Παγετώνων, λίγο πριν εξαφανιστεί», αναφέρει ο Παναγιώτης Καλογερόπουλος, υποψήφιος διδάκτορας στο Πανεπιστήμιο της Στοκχόλμης, που συμμετείχε στη μελέτη, η οποία δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Cell.
Ο Έλληνας επιστήμονας σπούδασε χημικός μηχανικός στο Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, έκανε μεταπτυχιακό σε Μοριακές Τεχνικές στις Βιοεπιστήμες στη Στοκχόλμη και τώρα εκπονεί τη διδακτορική του διατριβή στο μη-κωδικοποιητικό RNA και πιο συγκεκριμένα στο microRNA.
«Κυρίως τα μελετάω τα microRNAs στα πλαίσια του καρκίνου και αναπτύσσω νέες υπολογιστικές μεθόδους για την ανακάλυψη και ποσοτικοποίησή τους. Σε αυτή την έρευνα ασχολήθηκα κυρίως με τη σύγκριση του RNA από το μαμούθ με ανθρώπινο RNA αλλά και με άλλες υπολογιστικές αναλύσεις», προσθέτει.
Αλλάζοντας την επικρατούσα γνώση μας για το παρελθόν
Οι επιστήμονες εξέτασαν ιστούς από 10 μαλλιαρά μαμούθ διατηρημένους σε μόνιμα παγωμένο έδαφος που χρονολογούνται στο Ύστερο Πλειστόκαινο και που βρέθηκαν σε βορειοανατολικά παλαιοντολογικά πεδία της Σιβηρίας, τα οποία εκτείνονται από την κεντρική περιοχή Indigirka έως την ηπειρωτική ακτή Oyogos Yar και τα Νησιά της Νέας Σιβηρίας.
Αυτές οι περιοχές είναι γνωστές για την πλούσια παλαιοπανίδα τους, που διατηρείται σε permafrost και η οποία συχνά εκτίθεται μέσω θερμοδιάβρωσης και εξαιτίας της συλλογής ελεφαντόδοντου. Τέτοιες διαδικασίες αποκαλύπτουν όχι μόνο αρχαία υποαπολιθωμένα οστά αλλά και περιστασιακά κατεψυγμένα, μουμιοποιημένα κουφάρια με μαλακούς ιστούς που διατηρούνται ακόμα, όπως μύες, δέρμα και τρίχες.
Ανάμεσα στο δείγμα της μελέτης ήταν και ιστός από το μαμούθ γνωστό ως Yuka, που είναι ένα εξαιρετικά καλοδιατηρημένο νεαρό άτομο του είδους Mammuthus primigenius. Οι αρχαιολόγοι ανακάλυψαν το 2010 αυτό το εξαιρετικά καλά διατηρημένο μαμούθ ηλικίας 39.000 ετών μέσα στο permafrost της Σιβηρίας. Το μαμούθ βρέθηκε κοντά στην πόλη Γιουκαγκίρ και γι' αυτό ονομάστηκε Γιούκα. Οι ερευνητές εκτιμούν ότι το Γιούκα ήταν μεταξύ έξι και οκτώ ετών όταν πέθανε, αλλά παρά τη νεαρή του ηλικία, είχε ύψος τρία μέτρα και ζύγιζε πέντε τόνους.
Έκτοτε το νεαρό μαμούθ έχει προσφέρει στους επιστήμονες αρκετές νέες γνώσεις για το είδος του, εν μέρει επειδή το DNA του ήταν άθικτο. Ιστοί από το αρσενικό μαμούθ Oymyakon, που χρονολογείται περίπου 44.000 χρόνια πριν και από το «Chris Waddle», ένα θηλυκό δείγμα που έζησε πριν από περισσότερο από 44.900 χρόνια, χρησιμοποιήθηκαν επίσης.
Επί χρόνια, οι επιστήμονες χαρτογραφούν το DNA των μαμούθ για να ανακατασκευάσουν το γονιδίωμά τους και την εξελικτική τους ιστορία, αλλά όχι το RNA. Ίσως η ευρέως διαδεδομένη πεποίθηση ότι το RNA ήταν απρόσιτο μπορεί να αποθάρρυνε αρκετούς ερευνητές να εξετάσουν αυτό το πλούσιο σε πληροφορίες μόριο, τόσο σε μαμούθ όσο και άλλα είδη που έχουν εξαφανιστεί εδώ και καιρό.
«Έχουμε ήδη ξεπεράσει τα όρια της ανάκτησης DNA κατά ένα εκατομμύριο χρόνια. Τώρα, θέλαμε να διερευνήσουμε εάν θα μπορούσαμε να επεκτείνουμε την αλληλούχηση του RNA χρονικά πιο πίσω από ό,τι σε προηγούμενες μελέτες», λένε οι ερευνητές
Μαμούθ σε κατάσταση στρες
Η ομάδα κατάφερε να εντοπίσει RNA στο δείγμα του Yuka που σχετίζεται με λειτουργίες των μυών και του μεταβολισμού υπό στρες, αλλά και ρυθμιστικά RNA μόρια, συμπεριλαμβανομένων micro RNA που δείχνουν πώς ενεργοποιούνταν ή απενεργοποιούνταν συγκεκριμένα γονίδια.
Συγκεκριμένα, στους σκελετικούς μύες των μαμούθ εντοπίστηκαν πάνω από 300 mRNA που κωδικοποιούν πρωτεΐνες και περίπου 60 microRNA, πολλά από τα οποία σχετίζονται με τη δομή και τη λειτουργία των μυών. Τα δεδομένα δείχνουν κυριαρχία μυϊκών ινών αργής συστολής (Τύπου Ι που είναι ιδανικές για δραστηριότητες μεγάλης διάρκειας, καθώς είναι πλούσιες σε μιτοχόνδρια, μυοσφαιρίνη και τριχοειδή, έχουν υψηλή αντοχή στην κόπωση, παράγουν χαμηλότερη δύναμη και χρησιμοποιούν αερόβια ενέργεια), αντανακλώντας μεταβολικές ιδιότητες παρόμοιες με σύγχρονα είδη.
Αυτό σημαίνει ότι οι ερευνητές μπορούν τώρα να δουν όχι μόνο το γενετικό «σχέδιο» του μαμούθ, αλλά και πώς αυτό το σχέδιο μεταφραζόταν σε βιολογική δραστηριότητα λίγο πριν το τέλος της ζωής του. «Με τα μόρια RNA που απομονώσαμε καταφέραμε να συνθέσουμε υπολογιστικά το μοριακό αποτύπωμα του μυϊκού ιστού του μαμούθ Yuka και να το συγκρίνουμε με αντίστοιχους ανθρώπινους ιστούς, καθώς και με ιστούς άλλων σύγχρονων ζώων. Με αυτόν τον τρόπο διαπιστώσαμε ότι σε μοριακό επίπεδο οι μύες ενός μαμούθ ηλικίας 40.000 ετών και ενός σύγχρονου ανθρώπου παρουσιάζουν αξιοσημείωτες ομοιότητες», λέει ο Καλογερόπουλος.
Από την ανάλυση του RNA προέκυψαν ενδείξεις κυτταρικού στρες που ίσως συνδέονται με περιστατικά επίθεσης από λιοντάρια πριν από τον θάνατο του μαμούθ, μια υπόθεση που έχει διατυπωθεί και από προηγούμενες μελέτες DNA. Επιπλέον, η γονιδιακή ανάλυση έδειξε ότι το Yuka ήταν αρσενικό, μια λεπτομέρεια που είχε περάσει απαρατήρητη στις πρώτες αναλύσεις DNA οι οποίες βασίστηκαν μόνο στη μορφολογία του απολιθώματος.
Το νέο αυτό επίτευγμα δεν ικανοποιεί μόνο την επιστημονική περιέργεια, ανοίγει τεράστιες δυνατότητες για τη μελέτη εξαφανισμένων RNA ιών και παθογόνων από παγετώνες, για τον συνδυασμό δεδομένων DNA–RNA–πρωτεϊνών για μια ολοκληρωμένη εικόνα παλαιών οργανισμών, και για την κατανόηση της βιολογίας εξαφανισμένων ειδών με τρόπους που μέχρι τώρα ήταν αδύνατοι.
Όπως επισημαίνουν οι επιστήμονες, αυτή η μελέτη είναι μόλις η αρχή μιας νέας εποχής στην εξελικτική μοριακή έρευνα, ένα βήμα που επανακαθορίζει τα όρια του χρόνου και της γνώσης μας για το παρελθόν.
