Oudste DNA ter wereld uit tanden van mammoeten levert een nieuwe soort op

De onderzoekers hebben DNA kunnen halen uit de tanden van drie individuele mammoeten - de neven van de olifant die het landschap in de IJstijden domineerden. Het DNA is al die tijd begraven gebleven in permafrost, omstandigheden die gunstig zijn voor het bewaren van genetisch materiaal. 

Een aantal van de overblijfselen waren al in de jaren 70 gevonden, maar toen beschikte men nog niet over de geavanceerde methoden die nodig zijn om DNA te onttrekken aan zulke oude materialen en het ook te reconstrueren. 

De oudste mammoet van de drie, die ontdekt werd in de buurt van de Krestovka-rivier, is zo'n 1,2 miljoen jaar oud. Een tweede, uit de buurt van de Adycha-rivier, is tussen 1 en 1,2 miljoen jaar oud en de derde, uit de buurt van de Chukochya, is zowat 700.000 jaar oud. 

De ouderdom van de specimens werd bepaald aan de hand van geologische gegevens over de vindplaats en de moleculaire klok van het DNA. De twee methoden gaven een ouderdom van meer dan een miljoen jaar voor oudste twee specimens en van zo'n 700.000 jaar voor het jongste, dat een van de oudste wolharige mammoeten is die we kennen. 

Het is de eerste keer dat men een sequentie heeft kunnen maken - de opeenvolging van de nucleotiden - van DNA dat een miljoen jaar oud is. Tot nu toe was het oudste DNA dat men had kunnen reconstrueren afkomstig van een paard dat 700.000 jaar geleden in het Yukon-territorium leefde in het noorden van Canada. 

"Dit DNA is ongelooflijk oud. De stalen zijn duizend maal ouder dan de overblijfselen van de Vikings, en ze stammen zelfs uit een tijd toen er van, de mens en de neanderthalers nog geen sprake was", zei Love Dalén, de senior auteur van de studie over het DNA en een professor evolutionaire genetica aan het CPG. 

Het was dan ook niet makkelijk om het DNA te onttrekken aan de stalen. De onderzoekers stelden vast dat er slechts minieme hoeveelheden DNA in de stalen overgebleven waren en dat het DNA in kleine stukjes uiteengevallen was. 

"Het DNA was heel erg gedesintegreerd in zeer kleine stukjes en dus moesten we een sequentie maken van miljarden ultrakorte DNA-sequenties om de genomen in elkaar te kunnen puzzelen", zei Dalén. 

(lees voort onder de foto)

Zo'n miljoen jaar geleden waren er geen wolharige of Amerikaanse mammoeten, want die hadden zich nog niet ontwikkeld. Dit was de tijd van hun voorouder, de steppemammoet, zo werd tot nu toe gedacht. 

Analyses van de genomen toonden echter aan dat het oudste specimen, dat van zo'n 1,2 miljoen jaar oud, toebehoorde aan een tot nog toe onbekende afstammingslijn van mammoeten en dus niet aan een steppemammoet. De resultaten tonen dat deze Krestovka-mammoet, zoals de onderzoekers hem noemen naar de vindplaats, zich meer dan twee miljoen jaar geleden afgesplitst heeft van andere Siberische mammoeten. 

"Dit was een complete verrassing voor ons", zei Tom van der Valk van het CPG, een van de hoofdauteurs van de studie. "Alle eerdere studies hebben aangetoond dat er slechts één soort mammoet was in Siberië op dat ogenblik, de steppemammoet. Maar onze DNA-analyses tonen nu dat er twee verschillende genetische afstammingslijnen waren, die we de Adycha-mammoet en de Krestovka-mammoet noemen. We zijn er nog niet helemaal zeker van, maar we denken dat dit twee verschillende soorten zijn."

De onderzoekers stellen ook dat het mammoeten uit de Krestovka-lijn waren die vanuit Siberië Noord-Amerika koloniseerden over een nu verdwenen landbrug, zo'n 1,5 miljoen jaar geleden. De wolharige mammoeten volgden hen later, zo'n 400.000 tot 500.000 jaar geleden. 

Bovendien blijkt uit de analyses dat de Amerikaanse mammoet, die in Amerika leefde tijdens de laatste IJstijd, een hybride was. Zowat de helft van zijn genoom komt van de Krestovka-afstammingslijn, de andere helft van de wolharige mammoet. 

"Dit is een belangrijke ontdekking. Het lijkt erop dat de Amerikaanse mammoet, een van de meest iconische soorten uit het Amerika van de IJstijd, door een hybridisatie ontstaan is die zo'n 420.000 jaar geleden heeft plaatsgevonden", zei mede-hoofdauteur Patricia Pečnerová van het Zweeds Museum voor Natuurwetenschappen.   

Het tweede genoom, dat van de Adycha-mammoet dat een miljoen jaar oud is, lijkt aan een voorouder van de wolharige mammoet toebehoord te hebben. De onderzoekers konden het vergelijken met dat van de Chuckoya-mammoet, een van oudste bekende wolharige mammoeten die zo'n 700.000 jaar geleden leefde, en met de genomen van mammoeten die slechts enkele duizenden jaar oud zijn. De laatste mammoeten zijn zo'n 4.000 jaar geleden uitgestorven. 

Dat maakte het mogelijk te onderzoeken hoe mammoeten zich hebben aangepast aan een leven in koude milieus en in welke mate die aanpassingen zich voorgedaan hebben tijdens het proces van speciatie, soortvorming. 

Uit de analyses blijkt dat de genetische varianten die geassocieerd worden met leven in het poolgebied, zoals de groei van haar, het regelen van de lichaamswarmte, het vormen van een vetlaag, tolerantie voor koude en circadiaanse ritmes, reeds aanwezig waren bij de mammoet van een miljoen jaar oud, lang voor het ontstaan van de wolharige mammoet. Deze resultaten wijzen erop dat de meeste aanpassingen in de afstammingslijn van de mammoeten langzaam en trapsgewijs gebeurd zijn. 

"Het is uniek dat we in staat zijn geweest genetische veranderingen te volgen doorheen een speciatie", zei mede-hoofdauteur David Diez-del-Molino van het CPG. "Onze analyses tonen aan dat de meeste aanpassingen aan de koude al aanwezig waren in de voorouder van de wolharige mammoet, en we hebben geen aanwijzingen gevonden dat de natuurlijke selectie sneller ging tijdens het proces van speciatie." 

Het meeste van wat we weten over prehistorische wezens komt voort uit de studie van hun fossiele skeletten, maar er zijn grenzen over wat die ons kunnen leren over een organisme, vooral als het gaat om genetische verwantschappen en kenmerken. 

Oud DNA kan helpen om de gaten op te vullen, maar het vergaat snel. Toch laten gesofisticeerde nieuwe onderzoekstechnieken wetenschappers nu toe steeds ouder DNA te onderzoeken. 

De resultaten van dit onderzoek openen dan ook de deur naar een breed gamma van toekomstige studies over andere soorten. Zowat een miljoen jaar geleden maakte de aarde een periode door waarin veel soorten zich verspreidden over de continenten. Het was ook een periode van grote veranderingen van het klimaat en de zeeniveaus, en de magnetische polen veranderden van plaats. Daarom denken de onderzoekers dat genetische onderzoeken op deze tijdsschaal een groot potentieel hebben om een breed scala aan wetenschappelijke vragen te onderzoeken. 

"Als we DNA kunnen verkrijgen van een miljoen jaar oud, kunnen we het proces van soortvorming veel gedetailleerder bestuderen", zei Dalén. "Morfologische analyses van beenderen en tanden laten onderzoekers meestal slechts toe om een handvol kenmerken in de fossielen te bestuderen, terwijl we met genomica vele tienduizenden kenmerken analyseren."

"Een van de grote vragen is hoe ver we in de tijd terug kunnen gaan. We hebben de grens nog niet bereikt. Een beredeneerde schatting is dat we DNA zouden kunnen terugvinden dat 2 miljoen jaar oud is, en mogelijk zelfs zo ver terug zouden kunnen gaan als 2,6 miljoen jaar. Daarvoor was er geen permafrost waar oud DNA in bewaard zou kunnen zijn gebleven", zei Anders Götherström, een professor moleculaire archeologie aan het CPG en een van de auteurs van de studie. 

Dat zou nieuw licht kunnen werpen op een aantal al lang verdwenen soorten, maar andere soorten zouden buiten het bereik vallen, onder meer de dinosaurussen die zo'n 66 miljoen jaar geleden uitstierven. 

De studie van het internationaal team is gepubliceerd in Nature. Dit artikel is gebaseerd op een persbericht van de Stockholm Universiteit en een telex van het persbureau Reuters.   

Een video (Engels) over de studie van de Stockholm Universiteit waar het Centrum voor Paleogenetica een onderdeel van is.