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Mammoth DNA bricht Rekord für älteste Sequenz der Welt

Mammoth DNA bricht Rekord für älteste Sequenz der Welt

Forscher haben die älteste bekannte DNA der Welt sequenziert. Unter Verwendung von Material aus den Unterepochen des frühen und mittleren Pleistozäns bricht die antike DNA-Analyse den Rekord für die älteste sequenzierte DNA der Welt. Es stammt von Mammutüberresten, die im sibirischen Permafrost entdeckt wurden und beweist, dass unter den richtigen Bedingungen alte DNA kann überlebt mehr als eine Million Jahre.

Aber die Analyse dieser sehr alten DNA hängt auch davon ab, dass die Forscher über die richtige Technologie verfügen. Glücklicherweise verfügte ein internationales Team unter der Leitung von Forschern des Zentrums für Paläogenetik in Stockholm, Schweden, über fortschrittliche Sequenzierungstechnologie und Bioinformatik. EIN Natur Nachrichtenbericht für das neue Papier sagt , dass die Forscher die aktuelle Technologie fast an ihre Grenzen getrieben haben , um die Extraktion alter DNA - Stränge aus Mammutzähnen zu ermöglichen , die im sibirischen Permafrost konserviert wurden . Die leitende Autorin der Nature-Studie, Love Dalén, Professorin für evolutionäre Genetik am Zentrum für Paläogenetik, stellt fest, dass das wissenschaftliche Team Glück hatte und sagt:

„Es ist nicht so, dass alles, was man im Permafrost findet, immer funktioniert. Die überwiegende Mehrheit der Proben enthält Mist-DNA.“

Wie die DNA des alten Mammuts Rekorde gebrochen hat

Die Entdeckung ist wirklich erstaunlich, denn nach dem Tod eines Organismus werden seine Chromosomen immer kleiner und in den meisten Fällen sind extrem alte DNA-Stränge so winzig geworden, dass sie ihren gesamten Informationsgehalt verloren haben. Aber ein neuer Artikel in der Zeitschrift veröffentlicht Natur zeigt, dass es dem Team gelungen ist, 49 Millionen Basenpaare nuklearer DNA von einem 1,65 Millionen Jahre alten Zahn zu erhalten, der in der Nähe eines Dorfes namens Krestovka gefunden wurde (der Zahn wurde auch Krestovka genannt). Sie extrahierten auch 884 Millionen Basenpaare alter DNA aus einem 1,3 Millionen Jahre alten Zahn, den sie als Adycha bezeichnen, und 3,7 Milliarden Basenpaare DNA aus einem 600.000 Jahre alten Mammutzahn, den sie Chukochya genannt haben. Die drei Mammutüberreste wurden in den 1970er Jahren entdeckt und sind Teil der Sammlung der Russischen Akademie der Wissenschaften in Moskau.

Love Dalén und Co-Hauptautorin Patrícia Pečnerová mit einem Mammutstoßzahn auf Wrangel Island. (Bildnachweis: Gleb Danilov)

Die Natur Nachrichtenbericht erklärt, dass die alte Mammut-DNA-Studie nicht die ältesten biomolekularen Informationen aus dem Fossilienbestand aufgedeckt hat – das ist ein Protein, das 2016 aus 3,8 Millionen Jahre alten Straußeneierschalen aus Tansania sequenziert wurde. An zweiter Stelle steht eine Proteinsequenz eines 1,77 Millionen Jahre alten Nashornzahns aus Georgien, die 2019 analysiert wurde. Protein ist zwar härter und kann in extrem alten Fossilien aus Orten ohne Permafrost überleben, aber nicht so nützlich als DNA für Forscher, die die Abstammung eines Organismus untersuchen möchten.

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Dies ist nur einer der Gründe, warum die neue Mammut-DNA-Studie so wichtig ist – sie enthält genetische Informationen, die in den älteren Proteinproben nicht verfügbar waren.

Ein zweiter Grund, warum die Studie Schlagzeilen macht, ist, dass sie alte DNA aus einem Genom eines 560.000 bis 780.000 Jahre alten Pferdebeinknochens, der im Yukon Territory von Kanada gefunden wurde, für die älteste alte DNA-Sequenz geschlagen hat. Um das Alter der Mammutproben in einen Kontext zu setzen, sagte Dalén:

„Diese DNA ist unglaublich alt. Die Proben sind tausendmal älter als die Überreste der Wikinger und datieren sogar vor der Existenz von Menschen und Neandertaler.”

Das erste Beispiel für hybride Speziation in der alten DNA

Die neue Studie hat auch die Möglichkeit für Forscher verbessert, den evolutionären Prozess der Artbildung zu verfolgen – die Bildung neuer und unterschiedlicher Arten. EIN Natur In der Pressemitteilung heißt es, dass dieser Prozess im Allgemeinen „über Zeiträume abläuft, von denen angenommen wird, dass sie außerhalb der Grenzen der DNA-Forschung liegen“.

Ein Stoßzahn eines Wollmammuts, der 2017 in einem Bachbett auf Wrangel Island entdeckt wurde. (Bild: Love Dalén)

Nichtsdestotrotz legt die Untersuchung der Mammut-DNA durch die Wissenschaftler nahe, dass es während des frühen Pleistozäns in der Region des heutigen Ostsibiriens nicht eine, sondern zwei verschiedene Mammut-Linien gab. Es wird angenommen, dass Adycha und Chukochya Mitglieder einer Spezies sind, die das Wollmammut hervorgebracht hat, aber Krestovka scheint aus einer unbekannten und möglicherweise völlig neuen Mammutlinie zu stammen. Tom van der Valk, Erstautor der Studie und Bioinformatiker an der Universität Uppsala in Schweden, erklärt den Schock der Forscher über diese Entdeckung:

„Das kam für uns völlig überraschend. Alle bisherigen Studien haben gezeigt, dass es zu diesem Zeitpunkt nur eine Mammutart in Sibirien gab, das Steppenmammut. Aber unsere DNA-Analysen zeigen nun, dass es zwei verschiedene genetische Abstammungslinien gab, die wir hier als Adycha-Mammut und Krestovka-Mammut bezeichnen. Wir können es noch nicht mit Sicherheit sagen, aber wir denken, dass es sich um zwei verschiedene Arten handeln könnte.“

In ihrer Studie vermuten die Forscher, dass sich das Genom von Krestovka vor 2,66 bis 1,78 Millionen Jahren von den anderen Mammuts abgewichen haben könnte. Sie glauben auch, dass diese Mammutlinie „die Vorfahren der ersten Mammuts waren, die Nordamerika kolonisierten“. Es scheint, dass die nordamerikanischen kolumbianischen Mammuts ( Mammuthus columbi ) können die Hälfte ihrer Vorfahren auf Wollmammuts und die andere Hälfte auf die bisher nicht anerkannte Krestovka-Mammutlinie zurückführen.

Die Natur In einem Nachrichtenbericht heißt es, dass dies bedeutet, dass die neue Studie auch den ersten Beweis für „hybride Speziation“ liefert – eine neue Art, die sich durch Mischen bildet –, die in alter DNA gefunden wurde. Patrícia Pečnerová, Co-Lead-Autorin der Studie, Evolutionsbiologin am Schwedischen Museum für Naturgeschichte, sagt, dass das Team glaubt, „dass das kolumbianische Mammut, eine der ikonischsten Eiszeitarten Nordamerikas, durch eine Hybridisierung entstanden ist, die ungefähr stattfand Vor 420.000 Jahren.“

Wie weit können Forscher zurückgehen?

Schließlich hat die uralte Mammut-DNA-Studie Dalén dazu inspiriert, mehr Permafrost-Tierproben zu analysieren, die mehr als eine Million Jahre alt sind. Als nächstes auf seiner Liste? Moschusochsen, Elche und Lemminge. Aber der Professor für Evolutionsgenetik weiß, dass es eine Altersgrenze gibt, die er bei der Analyse der alten DNA nicht überschreiten kann – 2,6 Millionen Jahre – „Das ist die Grenze des Permafrostbodens. Davor war es zu warm“, sagt er.

Wolliger Mammutstoßzahn aus dem Permafrost auf der zentralen Wrangel-Insel im Nordosten Sibiriens. (Bildnachweis: Love Dalén)


Millionen Jahre alte Mammutzähne liefern die älteste DNA der Welt

Vor einer Million Jahren trugen sibirische Steppenmammuts viele der genetischen Anpassungen für niedrige Temperaturen, die dem späteren Wollmammut zum Gedeihen verhalfen. Diese Rekonstruktion beruht auf Erkenntnissen, die aus der ältesten jemals sequenzierten DNA gewonnen wurden.

Wissenschaftler haben die bisher älteste DNA sequenziert, eine symbolische Barriere bei der Erforschung alter Genome durchbrochen und ein beispielloses Fenster in die Entwicklung der ausgestorbenen Eiszeitriesen Nordamerikas - der kolumbianischen und wolligen Mammuts - geöffnet.

Es ist unwahrscheinlich, dass dieses Kunststück ein Säugetier auslöst Jurassic Park Die Studie ist weder die erste, die das Genom eines Mammuts sequenziert, noch bringt sie die Menschheit der Wiederbelebung eines Mammuts näher. Stattdessen wurde die mehr als eine Million Jahre alte Studie der DNA, veröffentlicht in Natur am Mittwoch setzt einen Meilenstein für die schnell wachsende Erforschung alter DNA und verdoppelt fast den Rekord für das älteste jemals sequenzierte Genom.

Die DNA stammt von drei Mammut-Backenzähnen, die der russische Paläontologe Andrei Sher Anfang der 1970er Jahre in Sibirien gefunden hat, eine Legende auf diesem Gebiet für seine Mammutforschung. Forscher schätzen, dass der jüngste der drei Zähne etwa 500.000 bis 800.000 Jahre alt ist, während die beiden älteren zwischen einer Million und 1,2 Millionen Jahre alt sind. Die zweitälteste jemals sequenzierte DNA stammt von einem fast 700.000 Jahre alten Pferdefossil, das im kanadischen Yukon Territory gefunden wurde.

„Das Durchbrechen dieser etwas magischen Barriere von mehr als einer Million Jahren öffnet sozusagen ein neues Zeitfenster und eine evolutionäre Perspektive“, sagt der leitende Studienautor Tom van der Valk, ein Bioinformatiker der Universität Uppsala, der währenddessen an der Studie mitgearbeitet hat am Zentrum für Paläogenetik in Stockholm, Schweden.

Die Ergebnisse fügen dem Bild der Wissenschaftler über die Entwicklung der Mammuts in Nordamerika überraschende Details hinzu. Zum einen deutet die alte DNA der Zähne stark darauf hin, dass das kolumbianische Mammut Nordamerikas, eine der wichtigsten nordamerikanischen Mammutarten, eine Hybride ist, die vor 400.000 bis 500.000 Jahren entstand – eine Tatsache, die nur offenbart wurde, weil die ältere DNA der Studie dieser Kreuzung dramatisch vorausgeht. „Wenn wir uns Organismen höherer Ordnung wie Wirbeltiere ansehen, fällt mir kein einziges Beispiel ein, bei dem Menschen vor der Entstehung einer Art Proben genommen haben“, sagt Co-Autor der Studie Love Dalén, Genetikerin am Zentrum für Paläogenetik.

„Der älteste der drei Zähne, den die Wissenschaftler nach dem Fluss, in dem er gefunden wurde, Krestovka nannten, scheint in eine bisher unbekannte genetische Linie zu fallen.“

Je weiter DNA-Aufzeichnungen in die Vergangenheit zurückreichen, desto mehr können Wissenschaftler darüber lernen, wie Evolution funktioniert. Der Erfolg der Studie impliziert auch, dass unter perfekten Bedingungen noch tiefere Einblicke in die evolutionäre Vergangenheit möglich sein könnten, möglicherweise einige Millionen Jahre zurück, sagen die Autoren. (Jeder, der älter ist, und die DNA würde in Stücke zerbrochen, die zu klein sind, um sie wieder zusammenzusetzen.)

Die Arbeiten an den Zähnen begannen 2017, als das Zentrum für Paläogenetik Proben der Zähne von der Russischen Akademie der Wissenschaften erhielt. Ein Team um die Genetikerin Patrícia Pečnerová, eine Postdoktorandin jetzt an der Universität Kopenhagen in Dänemark, in Schutzanzüge gekleidet, die im Zeitalter von COVID-19 grimmig vertraut sind, zerrieb 50 Milligramm Knochenpulver von jeder Probe. Pečnerová extrahierte dann sorgfältig kleine Mengen DNA aus jeder Prise Pulver mit einer Reihe von chemischen Bädern, die die DNA in kleinen Flüssigkeitstropfen konzentrierten, die nicht größer als Pfefferkörner waren.

„Im Grunde bin ich wie in einem Kokon – mit Gesichtsmaske und Gesichtsschutz – und versuche wirklich, die Kontamination zu minimieren“, sagt Pečnerová. „Eine einzelne [menschliche] Zelle könnte in das Röhrchen fallen“ und die Probe ruinieren.

Die Sequenzierung dieser DNA war nur der erste Schritt. Als nächstes mussten van der Valk und seine Kollegen sicherstellen, dass sie sich nur auf die DNA-Schnipsel konzentrierten, die authentisch alt waren und einen authentischen Mammut-Ursprung hatten. Immerhin waren die Zähne über eine Million Jahre lang im von Mikroben wimmelnden Permafrostboden vergraben und über fast fünf Jahrzehnte von unzähligen Wissenschaftlern ausgegraben und bearbeitet worden. Trotz aller Bemühungen, eine Kontamination zu verhindern, mussten sich die Forscher mit der zusätzlichen DNA auseinandersetzen, die die Zähne auf ihren Reisen aufgenommen hatten.

Nach wochenlangem rechnerischem Durcharbeiten der sequenzierten DNA konnte das Team Schnipsel von Mammut-DNA mit einer Länge von nur 35 Basenpaaren genau identifizieren und sie auf ein Genom abbilden, das im Leben mehr als drei Milliarden Basenpaare lang war.

Mammutstoßzähne tauchen manchmal aus dem Permafrost auf Wrangel Island im Nordosten Sibiriens auf. Wrangel Island war eine der letzten Zufluchtsorte der Mammuts, von denen einige bis 2500 v. Chr. Überlebten, was sie zu einem nützlichen Ort macht, um Mammut-DNA zu finden.


Älteste DNA der Welt in Millionen Jahre alten Mammuts entdeckt

Wissenschaftler sagen, dass sie die älteste bekannte DNA entdeckt haben. Es wurde in den Zähnen von Mammuts gefunden, die bis vor 1,2 Millionen Jahren im Nordosten Sibiriens lebten.

Ein Mammut war eine Art früher Elefant, der während der Eiszeit lebte. Die Entdeckung kann zu einem besseren Verständnis der längst Verstorbenen führen Spezies.

DNA ist die Substanz, die genetische Informationen in den Zellen von Lebewesen trägt. Die Forscher sagen, dass sie sich erholt haben und sequenziert DNA aus den Überresten von drei Mammuts.

Die Überreste, die sich in dauerhaft gefrorenem Boden befanden, wurden Anfang der 1970er Jahre entdeckt. Aber Wissenschaftler hatten zu dieser Zeit nicht die Möglichkeit, die DNA zu finden und zu entfernen.

Das älteste der drei Mammuts wurde in der Nähe des Flusses Krestovka in Sibirien entdeckt. Es war etwa 1,2 Millionen Jahre alt. Ein anderer aus der Nähe des Flusses Adycha war zwischen 1 und 1,2 Millionen Jahre alt. Der dritte, aus der Nähe des Chukochya-Flusses, war etwa 700.000 Jahre alt.

Die Entdeckung sei bei weitem „die älteste DNA, die jemals gefunden wurde“, sagte die Genetikerin Love Dalén vom Zentrum für Paläogenetik in Schweden. Er leitete die Forschung, die kürzlich in einer Studie in der Publikation beschrieben wurde Natur.

Bisher stammte die älteste bekannte DNA aus dem Beinknochen eines Pferdes, das im kanadischen Yukon-Territorium lebte. Wissenschaftler schätzten, dass das Pferd zwischen 560.000 und 780.000 Jahre alt war.

Im Vergleich dazu wird angenommen, dass unsere eigene Spezies, Homo sapiens, vor etwa 300.000 Jahren zum ersten Mal aufgetaucht ist.

Die Mammut-DNA „war extrem“ erniedrigt in sehr kleine Stücke“, sagte Dalén. Er erklärte, dass Wissenschaftler Milliarden von genetischem Material sequenzieren müssten, um eine endgültige DNA-Sequenz zu finden.

Das meiste Wissen über prähistorische Kreaturen stammt aus dem Studium des Skeletts Fossilien. Aber alte DNA kann viel detailliertere Informationen über einzelne Organismen liefern.

Die DNA kann jedoch mit der Zeit beschädigt werden. Neue Forschungsmethoden ermöglichen es Wissenschaftlern nun, noch ältere DNA zurückzugewinnen.

Da sich diese Methoden weiterentwickeln, glaubt Dalén, dass es möglich sein sollte, mit DNA zu arbeiten, die bis zu drei Millionen Jahre alt ist.

Solche Methoden könnten zu einem besseren Wissen über eine Reihe älterer Arten führen. Sie können wertvolle Informationen darüber liefern, wie sich neue Arten gebildet haben, was Fossilien nicht können, sagte Dalén.

Die Methoden werden jedoch nicht ausreichen, um die vor etwa 65 Millionen Jahren ausgestorbenen Dinosaurier besser zu verstehen.

Die Forscher erfuhren über die Entwicklung und Migration von Mammuts, indem sie die DNA mit der von Mammuts verglichen, die in jüngerer Zeit lebten. Die letzten Mammuts starben vor etwa 4.000 Jahren aus.

Die DNA des Krestovka-Mammuts zeigt, dass es sich vor etwa 2 Millionen Jahren vom bekannten Wollmammut abgespalten hat.

Der Genetiker Tom van der Valk half bei der Forschung. Er sagte, es scheint, dass Mitglieder der Mammutfamilie Krestovka die ersten Mammuts waren, die vor etwa 1,5 Millionen Jahren von Sibirien nach Nordamerika gezogen sind.

Die Nachrichtenagentur Reuters berichtete über diese Geschichte. Susan Shand hat es für das Englischlernen angepasst. Bryan Lynn war der Herausgeber.


Die Zukunft der alten DNA

Obwohl Forscher seit langem ein Millionen Jahre altes Genom erwarten, ist es wichtig, diese Schwelle zu überschreiten, sagt Viviane Slon, Paläogenetikerin an der Universität Tel Aviv in Israel. „Es gibt einen Unterschied zwischen dem, was wir für möglich halten, und dem, was wir tatsächlich zeigen.“

Tom van der Valk, Bioinformatiker an der Universität Uppsala in Schweden, der die Mammutzahn-Arbeit mit den Evolutionsbiologen Patrícia Pečnerová und David Díez-del-Molino am SMNH leitete, hofft, dass es andere Labore ermutigen wird. „Es ist eine symbolische Barriere, von der ich hoffe, dass sie andere Gruppen inspirieren und motivieren kann, die Ideen zu wirklich Deep-Time-Sequencing haben.“

Durch das Überschreiten der Millionen-Jahres-Schwelle könnten Forscher der alten DNA möglicherweise auf die frühen Geschichten anderer großer und kleiner Säugetiere zugreifen, sagt Dalén. Sehr alte Permafrostproben von Moschusochsen, Elchen und Lemmingen befinden sich jetzt auf dem Radar seines Labors.

Die Mammut-DNA repräsentiert nicht die ältesten biomolekularen Informationen aus dem Fossilienbestand. Im Jahr 2016 berichteten Forscher über Proteinsequenzen aus 3,8 Millionen Jahre alten Straußeneierschalen aus Tansania 3 und 2019 entschlüsselte ein anderes Team Proteine ​​aus einem 1,77 Millionen Jahre alten Nashornzahn aus Georgia 4 . Proteinsequenzen sind in der Regel weniger aussagekräftig über die Abstammung eines Organismus als DNA. Proteinmoleküle sind jedoch viel widerstandsfähiger, sodass Forscher mit ihnen Erkenntnisse aus sehr alten Fossilien gewinnen können, die an Orten ohne Permafrost gefunden wurden. Die Strauß- und Nashornproben stammen beide aus archäologischen Stätten, die für Hominin-Überreste berühmt sind.

Die Chancen, Millionen Jahre alte Überreste von alten menschlichen Verwandten im Permafrost zu finden, sind sehr gering, sagen Forscher. Aber Dalén glaubt, dass die richtige Umgebung, wie eine tiefe Höhle, so alte Proben liefern könnte. Frühe Neandertaler-Überreste aus einer spanischen Höhle vor 430.000 Jahren stellen die älteste bisher entdeckte DNA eines alten menschlichen Verwandten dar 5 . „Es wäre ein Traum, einen Hominin in einem idealen Kontext für die Erhaltung als Permafrost zu finden“, sagt Slon.

Was die wahrscheinliche Altersgrenze der alten DNA angeht, so Dalén, die leicht zu bestimmen ist: „2,6 Millionen Jahre. Das ist die Grenze des Permafrosts. Davor war es zu warm.“


Die älteste DNA der Welt wird in einem 1,2 Millionen Jahre alten Mammut entdeckt

Das Studium der Paläogenetik kann uns viel über die Evolution des Lebens auf der Erde lehren. Bis vor kurzem war die älteste DNA, die extrahiert und untersucht wurde, die eines eiszeitlichen Pferdes, das im kanadischen Permafrost gefunden wurde und etwa 700.000 Jahre alt ist. Jüngste Arbeiten des Zentrums für Paläogenetik in Stockholm, Schweden, haben einen verblüffend großen Sprung nach vorne gemacht und einen neuen Rekord für die älteste jemals sequenzierte DNA aufgestellt. In einem Papier veröffentlicht in Natur, gaben die Forscher ihre Sequenzierung von Mammut-DNA bekannt, von der angenommen wird, dass sie mindestens 1,2 Millionen Jahre alt ist. Zu diesen aufregenden Neuigkeiten gehörte auch die Entdeckung einer vollständig bekannten Mammutart, wahrscheinlich ein Vorläufer der Mammuthus columbi die das prähistorische Nordamerika durchstreifte.

Unter der Leitung von Dr. Tom van der Valk verwendete das Team Proben von Mammutzähnen, die im Nordosten Sibiriens gefunden wurden. Drei verschiedene Proben wurden analysiert und die älteste war das Krestovka-Mammut, gefolgt vom Adycha-Mammut, dann das jüngste Chukochya-Mammut. Das „jüngste„Mammut&mdas ist nur 500.000 bis 800.000 Jahre alt&mdashalone hätte den Rekord für die älteste zu sequenzierende DNA aufgestellt. Das Exemplar von Krestovka wurde jedoch aufgrund der geologischen Ablagerungen in der Nähe vor etwa 1,2 Millionen Jahren gefunden. Laut seiner mitochondrialen DNA könnte das Tier bereits vor 1,65 Millionen Jahren gelebt haben. Alle drei Exemplare sind viel älter als das “klassische” Wollmammut, das vor etwa 700.000 Jahren Eurasien durchstreifte.

Um die DNA ihrer drei Mammut-Exemplare zu verarbeiten, musste das Team stark degradierte genetische Sequenzen rekonstruieren. DNA wird in Ketten von Basenpaaren gebildet, aber nachdem eine Kreatur gestorben ist, beginnen diese Ketten in immer kleinere Fragmente zu zerfallen. Als Herausforderung beschrieben die Forscher das Zusammensetzen eines Puzzles. “Je mehr Puzzleteile Sie haben, desto schwieriger ist es, das ganze Puzzle zu rekonstruieren,” erklärt Dr. van der Valk. Diese Aufgabe wurde durch das Vorhandensein von abgebauter DNA von anderen Organismen wie Bakterien erschwert. Das Team verwendete jedoch klarere Mammutprofile von neueren Exemplaren sowie die DNA moderner Elefanten, um ihre Rekonstruktion zu leiten.

Diese DNA ist die älteste sequenzierte Probe, was für die Paläogenetik einen enormen Fortschritt bedeutet. Die Forschung des Teams ist auch für die Entdeckung einer neuen prähistorischen Mammutart historisch. Das jüngste Exemplar ist eines der ältesten Exemplare der berühmten Wollmammuts (Mammuthus primigenius). Das mittlere Mammut ist jedoch ein bekannter Vorfahre der Wollwesen. Bekannt als Steppenmammut, sein wissenschaftlicher Name ist Mammuthus trogontherii. Die älteste Probe, bekannt als das Krestovka-Mammut, unterscheidet sich genetisch von den beiden anderen. Nach der Rekonstruktion stellte sich heraus, dass es sich bei dieser Probe um eine bisher unbekannte Mammutart handelt.

Die DNA der Krestovka-Probe wurde der bekannten Genealogie der Mammutarten hinzugefügt. Die Forscher gaben bekannt, dass sie durch Vergleiche auch entdeckten, dass das kolumbianische Mammut Nordamerikas (Mammuthus columbi) ist eine Kreuzung aus dem Wollmammut und dieser neu entdeckten Sorte Krestovka. Das kolumbianische Mammut durchstreifte vor etwa 11.000 bis 1,5 Millionen Jahren. Diese genetische Mischung impliziert einen globalen Stammbaum der großen Tiere. Der Paläontologe Ross MacPhee vom American Museum of Natural History (der nicht an der Studie beteiligt war) erzählte Smithsonian-Magazin, “Es deutet darauf hin, dass Mammuts in der Alten und Neuen Welt als eine stark verteilte Metapopulation fungierten.”

Diese “Mammut”-Entdeckung (Wortspiel beabsichtigt) legt nahe, dass die Paläogenetik die Möglichkeit hat, unser Wissen über viele prähistorische Kreaturen, einschließlich der Vorfahren des modernen Menschen, umzuschreiben.


Ein Schritt zurück in der Mammutgeschichte

Fans der Filmreihe Eiszeit mag eine Vision von Mammuts als gigantische Kreaturen haben, aber das wollige Mammut (Mammuthus primigenius) soll tatsächlich eine ähnliche Größe wie afrikanische Elefanten gehabt haben.

Es wird geschätzt, dass Mammuts zuerst in Afrika aufgetaucht sind

Vor 5 Millionen Jahren. Während der Pleistozän- Epoche – auch als Eiszeit bekannt – haben sich Mammuts weiterentwickelt, was zu verschiedenen Arten führte, wie zum Beispiel dem südlichen Mammut (Mammuthus meridionalis), das Steppenmammut (Mammuthus trogontheri) und schließlich die kolumbianische (Mammathus columbi) und wollige Mammuts.

"Unser Hauptziel [der Studie] war die Gewinnung von Genomen vor und nach der Entstehung des Wollmammuts", sagte van der Valk.

Die Backenzähne der drei in der Studie analysierten alten Mammuts waren vor ihrer Ausgrabung in den 1970er Jahren 0,7 bis 1,2 Millionen Jahre im sibirischen Permafrost vergraben.

Die älteste Mammutprobe – die das Team als Krestovka-Mammut bezeichnet – war morphologisch dem Steppenmammut ähnlich. Das Alter der zweiten Probe, bekannt als "Adycha", war weniger bekannt, aber ihre Morphologie deutete darauf hin, dass sie zwischen 1 und 1,2 Millionen Jahren datiert. Das dritte und jüngste Mammut-Exemplar, "Chukochya", ähnelte morphologisch einer frühen Form des Wollmammuts und wurde auf 0,–-0,8 Millionen Jahre geschätzt.

Die Autoren beschreiben ihre Methoden in dem Papier: "Wir haben DNA aus den drei Molaren extrahiert, indem wir Methoden verwendet haben, um stark abgebaute DNA-Fragmente zu gewinnen, die Extrakte in Bibliotheken umgewandelt und diese sequenziert."


Wir besprechen einige Highlights aus dem Naturbesprechung. Dieses Mal macht ein Neandertaler-Gen hirnähnliche Organoide holprig und enthüllt den ursprünglichen Ort von Stonehenges Steinkreis.

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Transkript

Hören Sie die neuesten wissenschaftlichen Nachrichten mit Benjamin Thompson und Shamini Bundell.

Moderator: Benjamin Thompson

Willkommen zurück im Natur-Podcast. Diese Woche, Millionen Jahre alte Mammut-DNA…

Und wie Kunst die Wissenschaft ergänzen kann. Ich bin Shamini Bundell.

Moderator: Benjamin Thompson

Interviewer: Benjamin Thompson

Wenn es darum geht, evolutionäre Stammbäume zusammenzusetzen, kann einer der besten Hinweise darauf, was wohin gehört, in der DNA gefunden werden. Durch den Vergleich der langen Ketten von As, Ts, Cs und Gs können Forscher in die Vergangenheit blicken und erfahren, wie sich verschiedene Arten entwickelten und wie sich Populationen vermischten. Aber leider kann die DNA-Sequenzierung die Forscher nur so weit zurückführen. Es ist ein ziemlich zerbrechliches Molekül und wird, wenn es nicht in der richtigen Umgebung eingeschlossen ist, schnell zerfallen. Im Jahr 2013 stellte ein Team von Wissenschaftlern einen neuen Rekord für die Wiederherstellung und Sequenzierung eines alten Genoms auf, das aus dem Knochen eines Verwandten des Pferdes extrahiert wurde und auf ein Alter von bis zu 780.000 Jahren geschätzt wird. Dieser Rekord hielt acht Jahre lang. Aber diese Woche ist ein Papier in Natur deuten darauf hin, dass es gebrochen wurde, da es einem Forscherteam gelungen ist, die DNA von einigen alten Verwandten des Wollmammuts zu sequenzieren. Um mehr zu erfahren, rief ich Love Dalén vom Zentrum für Paläogenetik in Stockholm, Schweden, an, einen der Autoren des Artikels. Ich meine, wir müssen wirklich damit beginnen, über das Album zu sprechen. Ich meine, Sie haben die älteste jemals gefundene DNA sequenziert. Wie alt reden wir und woher kommt es?

Interviewpartner: Love Dalén

Wir haben also drei Exemplare. Sie stammen alle aus Nordostsibirien. Einer von ihnen ist ungefähr 700.000 Jahre alt, der zweite ist 1,1 Millionen Jahre alt und der dritte ist ungefähr 1,2 Millionen Jahre alt, und wir haben diese DNA aus Mammutzähnen gewonnen, die aus dem sibirischen Permafrost geborgen wurden. Was also unser verstorbener Kollege Andrei Sher tat, als er diese Exemplare in den 1970er Jahren sammelte, war, dass er den Permafrost ausgrub, wo er wusste, dass diese Abschnitte wirklich alt waren, und so fand er diese einzelnen Zähne, die aus dem Permafrost kamen.

Interviewer: Benjamin Thompson

Nun, wo bringt das die Dinge in einer geologischen Zeit? Was ist vor 1,2 Millionen Jahren?

Interviewpartner: Love Dalén

Nun, 1,2 Millionen Jahre ist 1.000 Mal älter als die Wikingerzeit, also ist es wirklich alt. Es ist sogar älter als die Existenz des modernen Menschen und der Neandertaler. Wir befinden uns dann in der Art der frühen Hälfte des sogenannten Pleistozäns, der Ära der Eiszeiten.

Interviewer: Benjamin Thompson

Diese Zähne stammen also aus der Zeit, wurden aber in den 1970er Jahren ausgegraben. Warum haben Sie entschieden, dass jetzt der richtige Zeitpunkt war, sie zu untersuchen?

Interviewpartner: Love Dalén

Nun, wir wissen, ich kenne diese Exemplare seit 2007, aber damals war die Technologie einfach nicht da, um dies zu versuchen. Es gab also diese große Revolution in der DNA-Sequenzierungstechnologie, und das, gepaart mit Fortschritten in der Art von Labormethoden zur Extraktion der DNA und vielleicht besonders wichtigen Fortschritten bei bioinformatischen Methoden zur tatsächlichen Authentifizierung und Handhabung dieser DNA, es war erst in den letzten Jahren wirklich an der Zeit, dies zu tun.

Interviewer: Benjamin Thompson

Ich meine, du hast diese drei Zähne. Wie gehen Sie vor, um erfolgreich alte DNA zu extrahieren und diese Sequenz zu erhalten? Ich meine, ich kann mir vorstellen, dass es unglaublich zerbrechlich sein muss.

Interviewpartner: Love Dalén

Ja, es ist ziemlich zerbrechlich. Was mit der DNA passiert, selbst wenn sie gefroren ist, ist, dass sie mit der Zeit in immer kleinere und kleinere Stücke zerfällt. Im Wesentlichen ist das Genom des Mammuts, wenn wir es bergen, in 20 bis 50 Millionen Teile zerlegt, also ist es ein ziemlich großes Puzzle, das es zu lösen gilt. Das schwierigste Problem ist die Kontamination. Der erste Schritt besteht also darin, diese Zähne tatsächlich zu nehmen und mit einem Zahnarztbohrer die Oberfläche des Zahns zu entfernen, da die Oberfläche mit Verunreinigungen bedeckt ist. Dann bohren wir hinein, sammeln ein wenig Pulver, etwa 50 Milligramm, was wie eine Prise Salz in der Menge ist, die wir einnehmen, und wir sammeln das und hoffentlich relativ sauber von Verunreinigungen. Das bedeutet, dass bei den ältesten Zahnproben, die wir in der Studie haben, 99% der DNA, die wir erhalten, immer noch Verunreinigungen sind und etwa 1% der DNA tatsächlich vom Mammut stammt. Also nehmen wir dieses Pulver und mischen es dann mit verschiedenen Chemikalien, und dann verwenden wir verschiedene Methoden, um diese DNA zu reinigen, so dass wir die DNA schließlich im Wesentlichen in reiner Form in Wasser auflösen.

Interviewer: Benjamin Thompson

Sie haben also Ihre drei Zähne. Woher weißt du, dass sie so alt sind? Weißt du das von der DNA-Sequenz oder ist es der Ort, an dem sie gefunden wurden, der dir diese Hinweise gibt?

Interviewpartner: Love Dalén

Es gibt also hauptsächlich zwei Möglichkeiten, das Alter dieser Exemplare zu bestimmen. Zum einen haben unsere paläontologischen Kollegen diese Proben mit geologischen Methoden datiert, sodass wir im Voraus ungefähr wussten, wie alt diese Proben waren. Aber wenn wir dann die genetischen Daten bekamen, konnten wir auch die molekulare Uhr – die Annahme, dass Mutationen mit einer relativ konstanten Rate passieren – nutzen, um unsere molekulare Datierung unabhängig von der geologischen Datierung durchzuführen. Und wenn wir das tun, stellen wir fest, dass die beiden jüngeren Exemplare mehr oder weniger genau das gleiche Alter haben, plus oder minus ein paar hunderttausend Jahre, aber im Großen und Ganzen haben wir im Grunde das gleiche Alter. Für das älteste Exemplar sagen unsere DNA-Daten tatsächlich, dass es mit 1,6 Millionen Jahren etwas älter ist. Wir wissen also nicht, warum das so ist, aber es ist immer noch sehr beruhigend, dass diese beiden unterschiedlichen, unabhängigen Methoden im Grunde das gleiche Ergebnis liefern, in dem Sinne, dass zwei dieser Exemplare mehr als 1 Million Jahre alt sind und um ehrlich zu sein, Für unsere Analyse ist es nicht so wichtig, ob der Ältere 1,2 oder 1,6 Millionen Jahre alt ist. Es ist wirklich alt.

Interviewer: Benjamin Thompson

Ich meine, vermutlich hast du das nicht nur getan, um die Platte zu bekommen, oder? Sie wollten eigentlich Daten zum Mammut-Stammbaum bekommen. Nun, ich bin offensichtlich mit Wollmammuts vertraut, denke ich – das ist es, was wir in der Schule lernen – aber sie sind vielleicht einige der neueren Mammut-Arten. Und was Sie hier gemacht haben, ist, dass Sie wirklich ein Gefühl dafür bekommen, wie die verschiedenen Arten, die bis vor eine Million Jahre zurückreichen, in den Baum passen. Ich meine, was ist hier die Geschichte?

Interviewpartner: Love Dalén

Vor ungefähr 1 bis 2 Millionen Jahren haben wir in Sibirien eine Mammutart, die als Steppenmammut bezeichnet wurde, und das klassische Modell der Mammut-Evolution ist, dass diese Steppenmammuts die Vorfahren des Wollmammuts und des kolumbianischen Mammuts waren von Nordamerika. Also wollten wir Hypothesen über die Beziehung zwischen diesen angestammten Mammuts und dem Wollhaarmammut und dem kolumbianischen Mammut testen. Zu unserer großen Überraschung stellen wir fest, dass eines dieser 1,2 Millionen Jahre alten Exemplare, das wir heute Krestovka-Mammut nennen, einer uns völlig unbekannten genetischen Linie angehörte. Und wir schauen uns das andere wirklich alte Exemplar an, das 1,1 Millionen Jahre alt war, dieses scheint direkt von den Wollmammuts abzustammen. Wir haben also zwei Exemplare, eines ist 1,2 und eines ist 1,1. Millionen Jahre alt, und sie gehören zu ganz anderen Mammut-Linien. Und dann stellt sich heraus, dass das kolumbianische Mammut in Nordamerika eine Kreuzung zwischen diesem Krestovka-Mammut und dem Wollhaar-Mammut ist, und was wir in den genetischen Daten sehen können, ist, dass das kolumbianische Mammut tatsächlich zu 50% seines Genoms stammt Krestovka und 50% des Genoms scheinen vom Wollmammut zu stammen. Wir glauben, dass diese Hybridisierung vor etwa 420.000 Jahren, vermutlich in Nordamerika, stattgefunden hat.

Interviewer: Benjamin Thompson

Da konntest du schon sehr weit in der Zeit zurückreisen. Das ist natürlich sehr, sehr nützlich. Es gibt Ihnen viele Informationen über den Mammut-Stammbaum, aber wo verlässt es das Feld der alten DNA? Was könnten wir dadurch noch lernen?

Interviewpartner: Love Dalén

Dies ist wirklich eine Zeitperiode, ungefähr 1 Million Jahre, in der sich viele Säugetierarten und Vogelarten entwickelt haben, also denke ich, dass wir im weiteren Sinne die Tür zu einer zukünftigen Forschungsdisziplin öffnen, in der wir tief in die Zeit vordringen und studieren können makroevolutionäre Veränderungen, wie Artbildungsereignisse, bei vielen anderen Arten, die ebenfalls diese großen evolutionären Veränderungen vor etwa einer Million Jahren durchgemacht haben.

Interviewer: Benjamin Thompson

Finally then, how far back do you think we can go? We’re at about 1.2 million years old now. Theoretically, what do you think the limit is and how close do you think we’ll get to it?

Interviewee: Love Dalén

If I remember correctly, I think theoretical models put the limit in frozen conditions at up towards, I don’t know, 3-4 million years, something like that. The problem here is of course that you need to have a sample that has been frozen more or less continuously and, beyond 2.6 million years, to my knowledge, there is no permafrost. So, I think maybe the sort of environment puts an upper limit to this, but we can definitely go more than 1.2. My guess would be that it should be possible to go beyond 2 million as well, but exactly how far back is of course impossible to say. There are so many assumptions there.

Interviewer: Benjamin Thompson

That was Love Dalén. To find out more about the million-year-old mammoth genome, look out for a link to the paper in this week’s show notes.

Coming up, we’ll be hearing why having a bit of art in your science or a bit of science in your art can be a great thing. Right now, though, it’s time for the Research Highlights with Dan Fox.

As the most massive planet in the Solar System, Jupiter is regularly pelted by objects. Now, a team of researchers have recorded one of these celestial impacts. Previously, astronomers needed to be content with watching these cosmic collisions from afar, but this impact was captured by NASA’s Juno spacecraft, which has been orbiting Jupiter since 2016. An ultraviolet instrument aboard Juno recorded a short flash in Jupiter’s northern hemisphere in April last year. The researchers believe it probably came from a fireball created as a space rock between one and four metres across, burned up in the Jovian atmosphere. The team estimate that there could be 24,000 of these impacts every year. If that research has made an impact, read it in full at Geophysikalische Forschungsbriefe.

The long-snouted, shark-like predators called sawfish have vanished from nearly 60% of their historical habitat and are nearing extinction, according to new research. Sawfish are rays known for their chainsaw-like noses and their large size. Some species routinely reach 5 metres in length. They live near seashores and in mangrove forests, habitats that are rapidly disappearing. To study what this means for the five species in the family, scientists reviewed sawfish research conducted between 2014 and 2019 in 64 countries. From this, they estimated the distribution of these fishes. They found that fishing and habitat loss have driven sawfish to extinction in 55 of the 90 countries whose waters they once occupied. Saving the sawfish, the researchers say, will require countries to protect the creatures’ offshore habitats and to ban fishers from keeping sawfish that are caught in their nets. Read that research in full at Science Advances.

Art and science. To some, these are polar opposites, as different as chalk and cheese. But to others, these two disciplines are a perfect pair which complement and benefit one another. The relationship between art and science has been perennially discussed and today, it’s caught the attention of Natur’s very own Nick Petrić Howe, who’s been talking to an artist and a scientist reaching across the divide.

Interviewee: Abrian Curington

Interviewer: Nick Petrić Howe

This is Abrian Curington. She is an illustrator from Washington State in the US who writes fantasy graphic novels, has a penchant for cartography, and loves the oceans and the stars.

Interviewee: Muzz Haniffa

Interviewer: Nick Petrić Howe

And this is Muzz Haniffa. She is a researcher of dermatology and immunology at Newcastle University in the UK who investigates the function of immune cells in the skin. Despite being separated by a metaphorical and literal ocean, these two women have an interest in the intersection between art and science. Abrian is an artist but also a self-described nerd who has always had in interest in science.

Interviewee: Abrian Curington

Growing up, I seemed to split my time between reading and making up stories and studying cool rocks that I picked up on my walks.

Interviewer: Nick Petrić Howe

And Muzz is a scientist who has an artistic side.

Interviewee: Muzz Haniffa

I have always been interested in the interface between art and science.

Interviewer: Nick Petrić Howe

So, when opportunities arose for this scientist and this artist to combine these so-called disparate disciplines, they jumped at the chance. For Muzz, this occurred when she attended a welcome conference that brought together artists and scientists.

Interviewee: Muzz Haniffa

And I just happened to sit at lunch next to a professor of modern and American literature, Linda Anderson, and I started talking to her, and the rest really was history.

Interviewer: Nick Petrić Howe

That history she’s referring to was a collaboration between Muzz and many artists to try and find new ways to communicate her research to people, to expand beyond the typical writing of papers for your peers that is so central to science. This effort culminated in an event called Inside Skin, where artists transformed Muzz’s work on the gene expression of immune cells in the skin into interactive exhibits.

Interviewee: Muzz Haniffa

We had a booth which had like sound and LED visual display, and the light display and the sound was essentially a transformation of the gene expression data, so the intensity of the genes that were expressed were transformed into this. And the idea of going into a booth and putting headphones on so that you can hear the cells and see the visual display of the cells in a way that was almost engulfing you was very much about the immune cell called macrophage and dendritic cells, and their job is to engulf substances around them, and so this was a way of you kind of being engulfed, to hear them and see them. Another one which was one which is a bit more sensory, so you can touch these circuit boards which would then send electric circuits across other panels, and that meant that, depending on the pressure, how much you touch, where you touch, it would send different patterns, and this was to depict how cells communicated with one another.

Interviewer: Nick Petrić Howe

The response from the public was overwhelmingly positive, and it showed Muzz the ability of art to communicate science. For artist Abrian, science has always played a role in her artwork. She includes science in her illustrations, even in places where you might not think it would fit.

Interviewee: Abrian Curington

I’ve spent an inordinate amount of time on a scene where my main character was trying to calculate the physics of a minotaur smashing into a wall. I actually contacted a mathematician like, ‘How are we going to work this out?’ So, I have this whole thing about calculating fantasy physics just for fun because I just think its delightful.

Interviewer: Nick Petrić Howe

So, when Abrian discovered a possibility to join a scientific expedition aboard a research vessel, she figured it was a great way to expand her artwork whilst also exploring her passions of the oceans and the stars.

Interviewee: Abrian Curington

I actually got put on, somehow, the most perfect expedition. It was seeking space rocks, and we worked with a NASA team to search for meteorites on the seafloor. It was a perfect blend of sea and space, and I was just delighted to work with them and learn about all of their research.

Interviewer: Nick Petrić Howe

For Abrian, the expedition mostly involved asking interesting questions and observing the researchers, and to cap off the experience she illustrated the voyage.

Interviewee: Abrian Curington

I painted a scene of the remote operated vehicle SuBastian underwater, scooping up sediment. They’re essentially using a sieve to scoop up sediment and shake it around and look for meteorites. Then I showed the research vessel, Falkor, above the ocean, and all around that I have a border that showcases little moments, little sea creatures that were found, the maps that were used, a scene of the Moon over the midnight sky, which was amazing because it was just pitch black darkness but you had this shining Moon and the white waves, just a falling meteorite, just little snippets of the adventure. And so, all parts of the team were able to say, ‘I remember that,’ and, ‘I remember that.’ So, I printed a bunch of them and gave them to the crew and science team as a thank you.

Interviewer: Nick Petrić Howe

This, and other experiences with scientists, have helped Abrian become more comfortable showcasing science in her artwork.

Interviewee: Abrian Curington

At the moment, I’m looking into writing a story that involves different dimensions, and so I can write that, but I always like to research about whatever I’m studying. So, I’ll research different dimensions, and usually, I’ll find information that makes whatever I’m making up even more interesting because real life is infinitely more fascinating, typically, than anything that we can come up with. So, I’ve definitely taken more interest in the world around me even more so that I have before, and in having to talk to people about visual storytelling and visual communication in non-fiction settings, I’ve actually had to up my game on visual storytelling. You can kind of cheat around a little bit, but if you’re having to explain it to somebody else, you have to bone up some more on what you already know. So, I’ve definitely grown as an artist and as a visual storyteller, and I’ve gotten to do things that I never thought I would do, speak at conferences, go out at more expeditions, so just great all around.

Interviewer: Nick Petrić Howe

For scientist Muzz, by working with artists to showcase her work to the public, she has changed the way she things about her science and how to identify what’s important.

Interviewee: Muzz Haniffa

Yeah, I mean, the way that it has shaped my research since is to kind of think of the concepts that you have. I mean, it sort of a) directed me to kind of what people kind of think is important, b) research areas that are important because although these are kind of like art exhibits, there are biological messages and also kind of the focus on people who have skin disorders, so homing in on to kind of what is actually important for the public and patients in general. Also, thinking about the reason why we do research and how I can communicate the research ideas and findings in a more meaningful way, that has been shaped by those interactions.

Interviewer: Nick Petrić Howe

For both Muzz and Abrian, the experience of intertwining their fields has been extremely positive, and they both feel that they have grown as a result. Maybe your research could benefit from art too. If you’re intrigued, Muzz has this advice.

Interviewee: Muzz Haniffa

Go for it. Don’t feel that you can’t do this because I never thought I could go on this journey and find myself enjoying it and thinking that it’s such a fantastic experience. There are lots and lots of individuals and organisations that are going to be able to help you, and it’s such a fantastically enriching experience and it will change how you approach science and how you approach public engagement in the future.

That was Muzz Haniffa from Newcastle University. You also heard from Abrian Curington who’s based in Washington State. If you’re interested in reading more about artists and scientists coming together, then make sure you check out the show notes where there’ll be a link to Natur careers article with many more examples. Also, we’ll include some links to a few resources for any of you who might be interesting in doing something similar.

Host: Benjamin Thompson

Finally on the show, it’s time for the weekly Briefing chat, where we discuss a couple of articles that have been highlighted in the Nature Briefing. Shamini, what have you been reading this week?

So, I have found some really fascinating research this week. It’s a really fun and sort of quite creative paper in Wissenschaft, and it’s all about how do we figure out what our ancient relatives’ brains look like, so Neanderthals, say. Ben, if you wanted to figure out what a Neanderthal’s brain looked like, how would you go about that?

Host: Benjamin Thompson

I mean, it’s a tricky one, right? We talked about ancient DNA earlier in the show, so maybe you could go back into that and have a look and try and piece something together? I don’t know, really.

Yeah, so DNA is kind of really limited because all you’re looking at is sort of genes and sequences. How do you know what that actually appears as in an actual brain? It’s really hard to hypothesise about what that might be. So, some researchers have sort of tried quite an ingenious way to get around that by growing brain organoids with a Neanderthal gene in.

Host: Benjamin Thompson

Right, I mean we covered brain organoids, these mini-brains, on the pod a few months back. They’re fascinating things. So, now we’ve got a mini-brain with a little bit of a Neanderthal flavour as well.

Yeah, and what they’re sort of trying to do is see if there are any obvious changes with one Neanderthal gene involved compared to the sort of human brain organoids. So, these are tiny, like half-centimetre clusters of stem cells that have been sort of induced to crate brain-like tissue. It’s not a full-grown brain or anything. But they’ve grown up one set of organoids with the Neanderthal version of this gene called NOVA1, and one set with the human version of this gene.

Host: Benjamin Thompson

Right, I mean, compare and contrast then. What has this one difference made between the two?

It’s quite surprisingly a really obvious visual difference. So, there are actually photos in this article and you can see that the shape of these tiny little clusters of cells is completely different. So, the organoids with the Neanderthal version of NOVA1 are basically like really bumpy looking compared to the sort of smooth, round human ones. They are potentially a little bit smaller and they might even more mature more quickly.

Host: Benjamin Thompson

But obviously, this is only one gene that’s changed, and these aren’t sort of fully-fledged brains. These are, as you say, very small organoids, mini-brains, in a petri dish. What else can be learnt from this other than they look a bit different?

Yeah, so, on the one hand, it is only one gene. The researchers have sort of picked a gene that they think is very significant in the differences between Neanderthals and humans. So, the Neanderthal version of this gene is common to Neanderthals and Denisovans, whereas humans have a lot of Neanderthal genes in us, but every single human has the modern human version of this gene. So, it seems like it’s significant that our NOVA1 is this way. It seems really important in our evolution. But then again, it’s only one gene that you’re changing, whereas in our DNA, a whole load of genes have changed, so we don’t know whether changing that one gene in otherwise modern human cells has a sort of cascade effect on loads of different genes that wouldn’t be the case in a Neanderthal. Plus, of course, as you say, it’s not a brain, it’s an organoid.

Host: Benjamin Thompson

Well, yeah, of course, Shamini, brains, as we know, are fantastically complicated things. Is the plan now to maybe put in different genes, more genes, to work out maybe a bit more about Neanderthal brains?

Yeah, and to some extent the idea isn’t just to figure out what a Neanderthal brain is like but to figure out how our brains evolved, and this technique, done on sort of different genes, maybe different species, sort of combined together could give us a lot more insight into things like that. And so, what research have you got for us today?

Host: Benjamin Thompson

Well, Shamini, as you know, I love a stone circle or really anything stone circle adjacent to be honest with you. I’ve been to ones on the Hebridean islands off the coast of Scotland, I’ve been to a stone circle in the Lake District. Sea Henge off the coast of near where I used to live is fascinating to me as well.

I didn’t know this about you. This is a well-kept secret. I’m not even sure I’ve even heard of all of the different henges that exist.

Host: Benjamin Thompson

There is, though, the one right at the top – Stone Henge. You’ve heard of that one of course.

The one, yes, I know that one, the big one.

Host: Benjamin Thompson

Yeah, well, some new research has come out published this week in Antike and written about in Wissenschaft, suggesting that Stone Henge, in some cases, is kind of second-hand.

So, the sort of most iconic monument in England is actually just nabbed from somewhere else?

Host: Benjamin Thompson

Yeah, I mean, I don’t think necessarily it’s been nabbed, but it has come quite a long way. Now, let’s have a bit of a chat about Stone Henge here. Of course, when you think about it, you think of those kind of vertical stones with kind of a crossbar stone across the top, right, and in this case, we’re not actually talking about those ones. Stone Henge was kind of built in stages, and one of the early stages, about 3,000 years ago, I think, was this kind of ring of stones, this sort of thing called a blue stone. And it’s been a bit of a mystery as to exactly the voyage that they took from where they were quarried to Salisbury Plain where they are now.

So, yeah, I think I’ve heard something about this that one of the sort of amazing things is the fact that they were quarried so far away. The stone that they’re made of clearly came from miles away.

Host: Benjamin Thompson

Yeah, absolutely right. So, it’s known that these stones were quarried in Wales, several hundred kilometres away, but what’s been a bit of confusion is there’s kind of a gap of a few hundred years between when it was sort of estimated these stones were quarried and when they appeared at Stone Henge. And so, researchers have been trying to find out what happened in between.

And how do you go about tracing the life history of a piece of rock?

Host: Benjamin Thompson

Well, you do a lot of searching, Shamini. In this case, it took over a decade. And so, there had been some theories that there had been a sort of intermediary stone circle somewhere in Wales, and researchers have been searching for it, and it looks like they’ve found it, which is kind of amazing. In particular, they looked at one sort of area only a few kilometres from where the stones were quarried, and there was kind of four stones there that looked a little bit like kind of the Stone Henge stone circle, right, and they excavated it and excavated it, and it turns out that these four stones were part of a massive circle with a lot of holes that would have contained other stones.

Oh my gosh. This is suspicious. Were they sort of holes the same size as the Stone Henge stones by any chance?

Host: Benjamin Thompson

I mean, absolutely right, they were. In one case, there’s this one particular sort of stone from Stone Henge, they kind of scanned that and scanned the hole, and literally is like a lock and key situation. Sie gehen zusammen. And there’s other things giving evidence that one became the other. So, both of these sort of circles, the entrance to them was oriented to sunrise on the summer solstice, and they did some kind of chemical analysis of the holes and it suggested that the stones were put there and then maybe 300 or 400 years later they were taken away and moved somewhere else, adding yet more evidence that this sort of intermediary stop was a stepping stone, if you will, to Stone Henge.

It’s strange enough to think that whoever built Stone Henge bothered to transport the materials so far, but then to build a stone circle and then take it down and then go miles away and build another one. I mean, do we have any idea what were these people doing? What was going on back then?

Host: Benjamin Thompson

Yeah, lots of questions and very few answers, I’m afraid to say. But it maybe is part of a larger migration. So, some kind of bones of animals and humans found, I think, around the Stone Henge area, analysis of those suggested that they spent at least part of their existence near the coast of Wales. And other evidence suggested that human activity dropped in this area of Wales when the Welsh circle was demolished, but the researches don’t know why that is just yet. So, I mean, potentially, it could just be it was a link to the past and they wanted to take their culture with them when they migrated from one place to another.

So, this is another one of the stories – we’ve had lots of them on the podcast today – where the easiest thing to do would just be to get a time machine and go back in time and find out what was actually going on, but it’s fascinating to see all the different methods that researchers are using to piece together the past, so thank you very much, Ben. And listeners, if you want to know about all the stories we’ve discussed, you can find links to those in the show notes. And if you’re interested in more stories like this but instead as an email, then make sure you check out the Nature Briefing. Again, we’ll put a link in the show notes to where you can sign up.

Host: Benjamin Thompson

And that’s all we’ve got time for this week. Don’t forget to keep an eye out on your podcast feed for the next edition of Coronapod, which will be coming out in a couple of days. I’m Benjamin Thompson.


A sequence surprise

Already, the new study is shedding light on how North America’s mammoths evolved. To the researchers’ shock, the new study’s DNA sequences are so old that they predate the origins of the Columbian mammoth, one of two major mammoth species that once roamed North America—giving scientists fresh insight into how mammoths evolved.

By 1.5 million years ago, relatives of Europe and Asia’s steppe mammoth had arrived in North America from Siberia, crossing a land bridge now covered by the Bering Strait. These fresh arrivals later gave rise to the Columbian mammoth. By about 100,000 to 200,000 years ago, North America was home to at least two main types of mammoths: woolly mammoths in the north, and Columbian mammoths as far south as Mexico. Researchers also knew from past genetic studies that Columbian mammoths and woolly mammoths interbred.

Paleontologists have long used mammoths’ distinctive upper molars to help tease apart different species. Based on fossil mammoth teeth, paleontologists traditionally had surmised that the mammoths present in North America after about 1.5 million years ago were Columbian mammoths. But whereas the fossil tooth record shows continuity, the genetic record in the new DNA study reveals change.

Two of the new study’s mammoth genomes fall into the lineage that later gave rise to woolly mammoths. But DNA from the oldest of the three teeth, nicknamed Krestovka by the scientists after the river near which it was found, seems to fall into a previously unknown genetic lineage, one that about 1.5 million years ago split from the lineage containing the other two teeth.


Mammoth molars yield the oldest DNA ever sequenced

A genetic analysis of long-extinct Siberian mammoths has nearly doubled the record for the oldest DNA yet sequenced. The genetic material, from a creature that roamed frozen lands some 1.2 million years ago, pushes the study of ancient DNA closer to its theoretical limit—and reveals a new lineage of mammoth.

“I love this paper,” says Ludovic Orlando, a paleogeneticist at Paul Sabatier University whose team previously held the record for oldest DNA sequenced, from a 750,000-year-old horse. “I have been waiting since 2013 [for] our world record for the oldest genome to be broken.”

Genetic material breaks down relatively quickly in most environments. The oldest DNA sequenced from humans in Africa dates to about 15,000 years ago in Europe, scientists have sequenced DNA from a Neanderthal that lived some 120,000 years ago. But the DNA of living things buried in permafrost can persist for much, much longer, as the deep freeze slows chemical degradation.

In the 1970s, Russian paleontologist Andrei Sher discovered a trove of frozen remains at several sites in northeastern Siberia, including a trio of mammoths. Based on the orientation of magnetic materials in the surrounding rocks and the types of rodents found buried alongside them, the researchers estimated that the mammoths had lived about 1.2 million, 1 million, and 700,000 years ago.

The researchers behind the new study drilled out tiny samples from the molar of each mammoth—about a pinch of salt’s worth—and attempted to extract DNA. The ravages of time had degraded the DNA into many billions of short, fragmented sequences. “The more puzzle pieces you have, the harder it is to reconstruct the whole puzzle,” says co-author Tom van der Valk, an evolutionary geneticist at Uppsala University.

To put those pieces together, researchers used the previously sequenced genomes of elephants and of much younger mammoth remains as a reference. It was a bit like “looking at the picture on the puzzle box,” says Love Dalén, an evolutionary geneticist at the Centre for Palaeogenetics in Stockholm and study co-author. When the researchers plotted the relationships between the older mammoths and the elephants and estimated how long it would have taken for their genes to diverge, the dates matched those provided by the earlier methods.

The youngest mammoth, at about 700,000 years old, is one of the oldest known woolly mammoths, cold-weather specialists that ranged across the Northern Hemisphere for hundreds of thousands of years. Most died out about 10,500 years ago when the climate warmed at the end of the last ice age (though a small population persisted north of the Bering Strait until about 4000 years ago).

The second mammoth, dated to about 1 million years old, was a steppe mammoth, the direct ancestor to woolly mammoths, the researchers report today in Nature . The third and oldest specimen, at about 1.2 million years old, belongs to a previously unknown lineage, which the researchers named Krestovka after a village near where it was found. By linking several of this mammoth’s genes to known traits, they learned it already possessed many of the extreme cold adaptations of the later woolly mammoths, including thick fur and ample fat deposits. The researchers also discovered that North America’s Columbian mammoths, which went extinct about 13,000 years ago, shared about half their genes with the new lineage and the other half with woolly mammoths. The researchers suspect the Krestovka mammoth entered North America about 1.5 million years ago, then hybridized with woolly mammoths about 1 million years later to produce the continent’s distinct subspecies.

Some scientists had doubted whether it was even possible to sequence DNA that was more than 1 million years old. “These [specimens] push back pretty substantially what we’d come to think of as the oldest possible ancient DNA,” says co-author and evolutionary biologist Beth Shapiro of the University of California, Santa Cruz. Theoretically, it’s possible to sequence DNA that’s as old as the permafrost itself, or about 2.6 million years, Dalén and van der Valk say.

“It’s an exciting study revealing [that DNA can survive] beyond what many in the field would have predicted being the upper limit just a decade ago,” says geneticist and ancient DNA expert Eske Willerslev of the University of Cambridge, who wasn’t involved with the study.

Vincent Lynch, an evolutionary developmental biologist at the University at Buffalo, says the new study adds considerably to what scientists know about mammoths, including the origins of the Columbian mammoths. Yet the mammoths’ eventual fate should serve as a warning to our own species, he adds. “They were an extremely common, widespread population that went extinct very quickly … because of climate change. There’s got to be a lesson for us in that.”


How they did it

DNA starts degrading the moment an animal dies, so how did the international team of scientists piece together these three mammoth genomes? They had the already mapped the genome of the African savannah elephant (Loxodonta africana) und der mitochondrial genome (DNA inherited through the maternal line) of the Asian elephant (Elephas maximus). These previously sequenced genomes were like the image on a puzzle box elephants are relatives of mammoths, so their genetic data served as a useful reference for the mammoths' genomes.

The tiny fragments of ancient DNA, which the team extracted from the mammoths' molar teeth, were the puzzle pieces. Though Siberia's cold permafrost helped preserve the mammoth's DNA, bacteria and other degrading elements like enzymes had broken that DNA into small fragments, some as short as 35 base pairs, the "letters" that make up DNA. Using an algorithm, the researchers discarded the foreign DNA that had contaminated the mammoth samples, including DNA from microbes. They also discarded any uncertain puzzle pieces of DNA that appeared to fit in the mammoth genome, but could have come from other animals that had contaminated the samples.

After the algorithm analyzed billions and billions of DNA puzzle pieces, the researchers had the mammoth's genomes, some more complete than others. The 1.2 million-year-old mammoth, Krestovka was the least complete at about 49 million base pairs, "which is a relatively small fraction of [the] genome, but still more than enough to confidently place the genome on the [family] tree," van der Valk said.

The 1 million-year-old steppe mammoth, Adycha, had about 884 million base pairs, or 25% to 30% of its genome completed. And the 700,000-year-old woolly mammoth, Chukochya, had about 3.6 billion base pairs, or 70% to 80% of its genome sequenced, van der Valk said. Meanwhile, the team was able to completely reassemble the mitochondrial genomes of each mammoth.

The mitochondrial DNA was key, because researchers know the rate at which mitochondrial gene mutations occur, which helped them date the samples. The team also dated the mammoths' based on geological data, such as biostratigraphy (dating the specimens based on the ages of neighboring fossils and geologic formations) and paleomagnetism (dating signatures left by Earth's changing magnetic field in the samples).

So, how long can ancient DNA survive? The scientists think that it's possible to retrieve even older genomes. "An educated guess would be that we could recover DNA that is 2 million years old, and possibly go even as far back as 2.6 million," study co-researcher Anders Götherström, a professor in molecular archaeology and joint research leader at the Center for Palaeogenetics, said in a statement. "Before that, there was no permafrost where ancient DNA could have been preserved."

The study was published online Wednesday (Feb. 16) in the journal Nature.


Schau das Video: Scientists recover million-year-old mammoth DNA, oldest on record (Dezember 2021).