کشف جدید، روش توالی‌یابی ژنومی حیوانات منقرض‌شده را آسان می‌سازد

به گزارش خبرنگار گروه علم و فناوری خبرگزاری آنا، خرس‌های غارنشین، حیوانات گیاهخوار غول‌پیکری بودند که در اروپا و شمال آسیا می‌زیستند و حدود 25 هزار سال پیش منقرض شدند. آنها در طول فصل‌های سرد سال در  غارها به خواب زمستانی می‌رفتند. این زمان برای آنها همیشه بدون چالش نبود و تحقیقات نشان می‌دهد که در حقیقت بسیار خطرناک تلقی می‌شد زیرا خرس‌هایی که در طول تابستان نتوانسته بودند خود را به اندازه کافی چاق نگه دارند یا به عبارت دیگر ذخایر غذایی کافی را در بدن خود ذخیره نکرده بودند، هرگز از خواب زمستانی بیدار نمی‌شدند.

در نتیجه، امروزه بسیاری از غارها در سراسر اروپا و شمال آسیا با استخوان خرس‌های غارنشین پر شده است، غارهایی که به طور بالقوه هزاران خرس را در خود جای می‌داده است. در مطالعه‌ای جدید که در EASI-Genomics منتشر شده است، استخوان یکی از این خرس‌های انقراض‌یافته در غاری از کوه‌های قفقاز مورد تجزیه‌وتحلیل قرار گرفت.

این تیم با کشف ژنوم از یک خرس غارنشین 360 هزار ساله، جزئیات جدیدی از تاریخ تکامل این حیوانات را فاش کرد. یافته‌های تازه تقریباً درخت تکامل این جانوران را بازنویسی کرده است. همچنین این کشف صرف نظر از اینکه راجع به تکامل خرس‌های غارنشین اطلاعات جدیدی به ما می‌دهد در زمینه توالی‌یابی DNA باستانی، یک موفقیت محسوب می‌شود و مطالعات پالئوژنومیک(palaeogenomes) یا علم تجزیه‌و‌تحلیل ژنوم گونه‌های انقراض‌یافته را متحول می‌کند.  

ژنوم‌های غیریخ‌زده

محیطی که یک حیوان در آن تلف می‌شود، به شدت بر سرعت تجزیه بافت‌های آن جانور تأثیر می‌گذارد. این مسئله را می‌توان هر روز در آشپزخانه مشاهده کرد؛ غذای مانده در یک روز گرم به سرعت خراب می‌شود اما همان غذا وقتی در فریزر ذخیره شود می‌تواند ماه‌ها دوام داشته باشد.  DNA نیز هیچ تفاوتی ندارد و می‌تواند برای مدت طولانی در شرایط کاملاً یخ‌زده سالم باقی بماند. اما هرچه شرایط گرم‌تر باشد DNA سریع‌تر به حالتی درمی‌آید که دیگر با چیزی که در ابتدا بوده است بی‌شباهت خواهد بود.

حتی اگر DNA در تمام این مدت سالم مانده باشد، چالش اساسی بعدی بازیابی پالئوژنومی آن است. نمونه‌های باستانی معمولاً به DNA میکروب‌های محیط خارجی(مانند باکتری‌هایی که از جسدِ در حال تجزیه  تغذیه می‌کنند یا در خاک آن اطراف زندگی می‌کنند) آلوده می‌شوند. تعداد این DNA‌ها به طور معمول از DNA نمونه اصلی بیشتر است که همین مسئله هزینه تعیین توالی ژنوم را ده‌ها برابر می‌کند. این امر باعث می‌شود پالئوژنومی نمونه‌ حیوانات باستانی آن قدر گران تمام شود که محققان در بسیاری از تحقیقات قید آن را بزنند.

اما کشف اخیر در زمینه DNA قدیمی اوضاع را تغییر داده است. به نظر می‌رسد یک استخوان خاص در اسکلت پستانداران(بخش خاره‌ای استخوان در جمجمه که شامل گوش داخلی است) در برابر آلودگی محیط خارجی به طور بالقوه به دلیل جرم بسیار زیاد مقاوم‌تر است.  

پژوهشگران بخش خاره‌ای استخوان گیجگاه خرس غارنشینی که 360،000 سال پیش یعنی در دوره زمین‌شناسی معروف به پلیستوسن میانی می‌زیست را برای بررسی‌های بیشتر به آزمایشگاه بردند.

شکست‌ مقدمه پیروزی

اولین تلاش محققان این تحقیق در آزمایشگاه با شکست کامل روبرو شد. آنها DNA را از بخش خاره‌ای استخوان استخراج کردند و حدود یک میلیون توالی DNA تولید کردند. در کمال نومیدی فقط 74 مورد از این یک میلیون DNA، منطبق بر ژنوم خرس قطبی بود.  قابل ذکر است که محققان از ژنوم خرس قطبی به عنوان مرجعی برای شناسایی و جمع‌آوری توالی‌های تکراری کوتاه(SSR) خرس غارنشین استفاده می‌کنند.

آنها با وجود دلسردی، تلاشی دوباره انجام دادند و این بار با بررسی  بخش خاره‌ای استخوان گیجگاه موفق شدند ده‌ها هزار توالی‌های DNA(یعنی حدود 3.6٪ از داده‌ها) از توالی‌ها را منطبق بر خرس قطبی بیابند. آنها بر این‌ اساس درخت تکاملی خانوادگی جدیدی از خرس‌های غارنشین را از کل ژنوم هسته‌ آنها ساختند و آن را با همان درخت تولید‌شده از DNA میتوکندری مقایسه کردند. با کمال تعجب، دو درخت ژنتیکی تقریباً به طور کامل متفاوت بودند و معلوم شد که روابط تکاملی بین خرس‌های غارنشین فقط بر اساس خط مادری در نسل‌های گذشته، بسیار متفاوت از کل DNA آنها است.

نتایج تازه و تغییرات بنیادین در تحقیقات دیرین‌شناسی

نتایج این تحقیقات نشان می‌دهد که سه خط اصلی ژنتیکی خرس غارنشین از حدود یک میلیون سال پیش همزمان با وقتی که خویشاوندان آنها یعنی خرس‌های قطبی و خرس‌های قهوه‌ای، از یکدیگر جدا شده‌اند شکل می‌گیرد. جالب اینجاست که این مسئله دقیقاً زمانی اتفاق می‌افتد که چرخه‌های یخبندان طولانی‌تر و شدیدتر می‌شدند که دانشمندان بر همین اساس فکر می‌کنند ممکن است این موضوع عاملی برای تکامل این نوع از خرس‌ها بوده باشد.

اگرچه این مطالعات  فقط بر اساس یک نمونه واحد انجام شده است، اما یک دستاورد بزرگ فناوری به شمار می‌آید زیرا نشان می‌دهد که بخش خاره‌ای استخوان در جمجمه محدودیت‌های تحقیقاتی را در حوزه باستان‌شناسی جانوران باستان رفع می‌کند. نکته مثبت اینجا است که این استخوان در همه پستانداران وجود دارد، بنابراین توجه بیشتر به آن از اهمیت ویژه‌ای برای ردیابی تنوع زیستی پستانداران برخوردار خواهد بود. با این وجود در مورد بقایای غیرپستانداران، هنوز بهترین عنصر برای تجزیه‌و‌تحلیل پالئوژنومی پیدا نشده است.

انتهای پیام/4160