Шерстистые мамонты (Mammuthus primigenius), мохнатые гиганты позднего плейстоцена, давно стали символом ушедшей ледниковой эпохи. Их кости и бивни находят по всей Сибири, но иногда вечная мерзлота преподносит уникальные подарки — хорошо сохранившиеся тела животных.
Одна из таких находок — мамонтенок по имени Юка. Его обнаружили в 2010 году на севере Якутии. У животного сохранились не только кости, но и мягкие ткани, и даже густая шерсть. Первоначальный анализ показал, что это юная самка шести-восьми лет, которая, возможно, погибла в схватке с пещерными львами.
Долгое время главной звездой палеогенетики была ДНК. Ученые научились извлекать ее из древних останков и даже расшифровали геномы мамонтов, живших сотни тысяч лет назад. ДНК — это фундаментальный код жизни, инструкция по построению организма. Однако она ничего не говорит о том, какие конкретно гены работали в том или ином типе клеток древнего животного, что происходило в клетках особи в последние мгновения жизни. Какой ген был активен? Какие процессы шли в тканях? Ответы на эти вопросы хранит другая биомолекула — РНК, обычно разрушающаяся гораздо быстрее, чем ДНК.
РНК (рибонуклеиновая кислота), в частности матричная РНК, — рабочая копия участков ДНК, по которой клетка синтезирует белки. Когда клетке нужен конкретный белок, она «считывает» ген и создает его РНК-копию. Эта молекула нестабильна и хрупка. В обычных условиях после смерти организма она быстро разрушается, примерно в течение нескольких часов. Ранее наиболее древнюю РНК извлекли из останков волка из сибирской вечной мерзлоты, жившего примерно 14 тысяч лет назад. Ученые полагали, что из-за нестабильности РНК найти что-то старше практически невозможно.
Однако международная команда палеобиологов во главе с Лавом Даленом (Love Dalen) из стокгольмского Центра палеогенетики в Швеции выяснила, что в условиях вечной мерзлоты молекулы РНК могут сохраняться в древних останках гораздо дольше, чем считалось. Ученым удалось извлечь и проанализировать РНК из мышечной ткани и кожи мамонтенка Юка, жившего 40 тысяч лет назад. Этот результат почти в три раза превосходит предыдущий рекорд.
Успех стал возможен благодаря двум факторам: исключительной сохранности самой туши и инновационному подходу ученых. Юка пролежал в вечной мерзлоте десятки тысяч лет. Быстрая заморозка и постоянный холод «законсервировали» ткани, предотвратив их полное разложение. Это дало молекулам РНК шанс дожить до наших дней.
Правда, у ученых был серьезный повод для беспокойства. Во время транспортировки уникальной находки в Якутск тушу мамонта ненадолго разморозили. Исследователи предполагали, что любая древняя РНК в образцах уже превратилась в крошечные, сильно поврежденные фрагменты. Чтобы спасти то, что осталось, и не допустить современного загрязнения, команда работала в стерильных условиях.
Ученые использовали жидкий азот для измельчения образцов, работали в защитных костюмах и в лаборатории с фильтрацией воздуха. Каждый шаг был направлен на то, чтобы выделить только древнюю РНК мамонтенка, а не молекулы из окружающей среды.
Титанический труд окупился сполна. Палеобиологи обнаружили в образцах мамонтенка Юка 342 матричных РНК, которые кодируют белки, а также 902 некодирующих РНК разных типов, включая так называемую микроРНК. Анализ этих молекул позволил выявить РНК, обеспечивающие работу скелетных мышц, и РНК, связанную с регуляцией метаболизма в стрессовых условиях.
Значит, в момент гибели в клетках Юка были активны гены, отвечающие за экстренную мобилизацию организма: усиленное кровоснабжение мышц, выработку энергии для бегства или борьбы и подавление воспаления от возможных ран. Эти данные согласуются с версией о насильственной смерти животного, возможно, во время атаки пещерных львов. Организм мамонтенка мобилизовал все силы, пытаясь спастись, и следы этой битвы остались в его молекулах.
Но самый неожиданный результат ждал ученых, когда они совместили данные анализа ДНК и РНК. Дален и его коллеги установили, что Юка — не самка, как считали ранее, а самец (его кариотип — 56, XY).
Специалисты также проверили образцы на наличие древних РНК-вирусов, таких как грипп или коронавирусы. Поиск не дал значимых результатов. Однако Дален уверен, что это только начало. Он предположил, что в будущем появятся научные направления, посвященные вирусам ледникового периода. Особый интерес представляют туши древних птиц, в которых можно попытаться найти штаммы птичьего гриппа.
Мировое научное сообщество высоко оценило технический триумф международной группы исследователей. Австралийский генетик Мерлин Кроссли (Merlin Crossley) из Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее сравнил эту работу с рискованным и впечатляющим трюком. При этом он задался вопросом, насколько значительно новое знание изменит наше понимание биологии мамонтов.
Кроссли считает, что команда Далена, возможно, достигла предела в извлечении древней РНК, вряд ли она может сохраняться дольше 40 тысяч лет. По мнению ученого, шансы найти другие столь же прекрасно сохранившиеся образцы, например, такие, как мамонтенок Юка, крайне малы.
Научная работа опубликована в журнале Cell.