Впервые в истории ученые получили ДНК древнего медведя

Грязь, разбросанная по полу древней удаленной пещеры в Мексике, дала новый источник жизнеспособной древней ДНК.

Впервые ученые секвенировали древнюю ДНК из образцов почвы - и все благодаря медведям верхнего палеолита, которые около 16000 лет назад активно использовали пещеру в качестве туалета.

Ученые описывают свою работу как "высадку геномики на Луну", поскольку этот прорыв означает, что окаменелые останки больше не являются единственным способом получения древней ДНК. Кроме того, это показывает, что древнюю ДНК теперь можно изучать в контексте популяций, а не разрозненных фрагментарных индивидов.

"Когда животное или человек мочится, или испражняется, клетки организма также выводятся. И фрагменты ДНК этих клеток - это то, что мы можем обнаружить в образцах почвы", - пояснил генетик Эске Виллерслев из Копенгагенского университета в Дании.

"Используя чрезвычайно мощные методы секвенирования, мы впервые реконструировали геномы - генетические профили - на основе этих фрагментов. Мы показали, что волосы, моча и фекалии предоставляют генетический материал, который в правильных условиях может существовать намного дольше, чем 10 000 лет".

Пещера Чикиуите, где были получены образцы, хорошо известна как место, имеющее историческое значение. Многие каменные орудия и фрагменты, датируемые периодом от 25 000 до 30 000 лет назад, свидетельствуют о периоде проживания людей, но люди были не единственными, кто воспользовался пещерой.

Кости и следы ДНК также показали присутствие ряда животных, включая медведей, летучих мышей, полевок, грызунов и крыс-кенгуру. Используя эти образцы, Виллерслев и его команда секвенировали и полностью воссоздали геномы двух верхнепалеолитических медведей.

Первый экземпляр был предком современного американского черного медведя (Ursus americanus), который до сих пор бродит по лесам Североамериканского континента. Вторым был ныне вымерший гигантский короткомордый медведь (Arctodus simus), один из крупнейших медведей из когда-либо существовавших, который вымер в конце последнего ледникового периода около 11000 лет назад.

Затем исследователи сравнили эти геномы с геномами других медведей, включая 83 современных черных медведя из США и Канады и трех гигантских короткомордых медведей, которые жили на Юконе в Канаде около 22000 лет назад, на основе анализа их окаменелые останки.

Они обнаружили, что черные медведи чикиуитов тесно связаны с современными медведями в Северной Америке, но также имеют общее происхождение с черными медведями на Аляске. Исследователи также обнаружили, что медведи чикиуайта принадлежат к восточному происхождению, и что это происхождение было первым, кто отделился от других современных популяций американских черных медведей.

ДНК гигантских короткомордых медведей была собрана вместе с использованием ДНК всех восьми современных медведей из семейства Ursidae, а также трех вымерших медведей и трех гигантских короткомордых медведей на территории Юкон.

"Короткомордые медведи, обитавшие в северной Мексике, сильно отличались от популяции [короткомордых] медведей, живущих на северо-западе Канады", - сказал генетик Миккель Винтер Педерсен из Копенгагенского университета.

"Это отличный пример новых знаний, которые внезапно становятся доступными, когда вы реконструируете геномы на основе фрагментов ДНК, извлеченных из почвы".

По словам исследователей, помимо открытий медведей, которые заполняют некоторые пробелы в наших знаниях о происхождении животных в Северной и Южной Америке, результаты показывают, что теперь мы можем почерпнуть гораздо больше из ДНК окружающей среды, чем это было возможно ранее.

Фрагменты ДНК, обнаруженные в отложениях, использовались только для того, чтобы показать, когда и когда присутствовал конкретный вид. Теперь, используя методы команды, ученые смогут узнать намного больше об этих животных, например, о том, какое место они занимают в своем генеалогическом древе, и как животные мигрировали и отклонились от своих общих предков.

"Во всем мире все, кто занимается изучением древней ДНК, признали необходимость реконструкции геномов из фрагментов, обнаруженных в почве или отложениях. Возможность сделать это впервые означает, что мы открыли новые рубежи", - сказал Виллерслев.

"Анализ ДНК, обнаруженной в почве, может иметь потенциал для расширения повествования обо всем, от эволюции видов до изменений климата - это высадка на Луну геномики, потому что окаменелости больше не будут нужны".