توالي‌يابي ژنوم خرس باستاني از خاك يك غار قديمي

دانشمندان براي اولين‌ بار DNA باستاني را از نمونه‌هاي خاك توالي‌يابي كرده‌اند. DNA توالي‌يابي‌شده مربوط به خرس‌هاي پارينه‌سنگي زبرين بود كه حدود ۱۶ هزار سال پيش از غار به‌عنوان محل دفع فضولات استفاده مي‌كردند. دانشمندان كار خود را به‌عنوان نقطه‌ي عطفي در ژنوميك توصيف مي‌كنند؛ زيرا موفقيت آن‌ها به اين معنا است كه ديگر بقاياي فسيل‌شده تنها راه به دست آوردن DNA باستاني نيست. اين دستاورد نشان مي‌دهد كه DNA باستاني مي‌تواند به‌جاي افراد پراكنده و ازهم‌گسيخته، در چارچوب جمعيت مورد مطالعه قرار گيرد. اسك ويلرسلف، ژنتيك‌دان دانشگاه كپنهاگ دانمارك، توضيح مي‌دهد:

وقتي حيوان يا انساني ادرار يا دفع مي‌كند، سلول‌هاي ارگانيسم‌ها نيز دفع مي‌شوند. با استفاده از تكنيك‌هاي تعيين ‌توالي بسيار قدرتمند، براي اولين‌ بار ژنوم‌ را بر اساس اين قطعات بازسازي كرديم. ما نشان داده‌ايم كه مو، ادرار و مدفوع همه مواد ژنتيكي را فراهم مي‌كنند كه در شرايط مناسب مي‌تواند براي بيش از ده هزار سال باقي بماند.

به گزارش ساينس الرت، غار چيكيهوئيت، جايي كه نمونه‌ها از آن به دست آمد، به‌عنوان محلي مهم تاريخي شناخته مي‌شود. ابزارها و قطعات سنگي زيادي كه قدمت آن‌ها به ۲۵ هزار تا ۳۰ هزار سال پيش برمي‌گردد، نشان‌دهنده‌ي اين است كه زماني انسان‌ها در اين غار ساكن بودند. البته انسان‌ها تنها موجوداتي نبودند كه از اين غار استفاده كردند. استخوان‌ها و آثار DNA وجود حيوانات مختلفي از جمله خرس‌ها، خفاش‌ها، وُل‌‌ها، موش‌هاي صحرايي، جوندگان و خرموش كانگورويي را نشان مي‌دهد.

ويلرسلف و گروهش با استفاده از اين نمونه‌ها ژنوم‌هاي كامل دو خرس عصر پارينه‌سنگي زبرين را توالي‌يابي و بازسازي كردند. اولين نمونه، جد خرس سياه آمريكايي (Ursus americanus) است كه هنوز در جنگل‌هاي آمريكاي شمالي پرسه مي‌زند. نمونه‌ي دوم مربوط به خرس كوتاه‌چهره غول‌پيكر (Arctodus simus) است كه منقرض شده. اين حيوان يكي از بزرگ‌ترين خرس‌هاي زمين بود و در پايان آخرين عصر يخبندان (حدود ۱۱ هزار سال پيش) از بين رفت.

پژوهشگران در حال نمونه‌برداري از لايه‌هاي مختلف غار

پژوهشگران ژنوم‌هاي بازسازي‌شده را با ژنوم خرس‌هاي ديگر ازجمله ۸۳ خرس سياه امروزي از آمريكا و كانادا و سه خرس كوتاه چهره غول‌پيكر كه بر اساس تجزيه‌و‌تحليل بقاياي فسيل‌شده‌، حدود ۲۲ هزار سال پيش در يوكان كانادا زندگي مي‌كرد، مقايسه كردند. آن‌ها دريافتند كه خرس‌هاي سياه چيكيهوئيت ارتباط نزديكي با خرس‌هاي مدرن در آمريكاي شمالي و نيز تبار مشتركي با خرس‌هاي سياه آلاسكا دارند. پژوهشگران همچنين كشف كردند كه خرس‌هاي چيكيهوئيت به تباري شرقي تعلق دارند و اين تبار اولين تباري بوده است كه از ديگر جمعيت‌هاي امروزي خرس‌هاي سياه آمريكايي جدا شد.

توالي DNA خرس‌هاي كوتاه‌چهره غول‌پيكر با استفاده از DNA هر هشت خرس امروزي حاضر در خانواده‌ي خرس‌سانان و نيز سه خرس منقرض‌شده و سه خرس كوتاه‌چهره غول‌پيكر در قلمرو يوكان بازسازي شد. ميكل وينثر پدرسن از دانشگاه كپنهاگ، مي‌گويد:

خرس‌هاي كوتاه‌چهره كه در شمال مكزيك زندگي مي‌كردند، با جمعيت خرس‌هاي كوتاه چهره‌اي كه در شمال غربي كانادا زندگي مي‌كنند، متفاوت بودند. اين نمونه‌ي عالي از دانشي جديد است كه به‌طور ناگهاني وقتي ژنوم‌ها را بر اساس قطعات DNA استخراج‌شده از خاك بازسازي مي‌كنيد، در دسترس قرار مي‌گيرد.

قبلاً از قطعات DNA كه در رسوبات يافت مي‌شود، فقط براي شناسايي يك گونه و تعيين زمان آن استفاده مي‌شد. اكنون با استفاده از تكنيك‌هاي اين گروه پژوهشي، دانشمندان ممكن است بتوانند دانش بيشتري درباره‌ي اين جانوران به دست آوردند؛ از جمله اينكه آن‌ها در كدام نقطه از درخت خانوادگي خود قرار مي‌گيرند و چگونه مهاجرت كرده‌اند و از اجداد مشترك خود فاصله گرفته‌اند. ويلرسلف مي‌گويد:

در سراسر جهان، افرادي كه از انديشه متخصصين علمي در مطالعه‌ي DNA باستاني مشاركت دارند، نياز به بازسازي ژنوم را از روي قطعاتي كه در خاك يا رسوبات پيدا مي‌شود، قبول داشتند. توانايي انجام اين كار براي اولين‌بار به اين معنا است كه از مرز جديدي عبور كرده‌ايم. تجزيه‌و‌تحليل DNA يافت‌شده در خاك مي‌تواند به افزايش آگاهي ما در مورد موارد مختلفي از تكامل گونه‌ها تا تحولات اقليمي كمك كند و نقطه عطفي در ژنوميك است؛ زيرا ديگر به فسيل‌ها نيازي نخواهيم داشت.

پژوهش جديد در مجله‌ي Current Biology منتشر شده است.