För en miljon år sedan levde mammutar på den sibiriska stäppen. Nu har forskare extraherat genetiskt material från mammutbetar som legat begravda i permafrosten – och kartlagt stora delar av mammutarnas genom.
Forskarna vid Centrum för paleogenetik i Stockholm har analyserat världens hittills äldsta kända dna, från mammutar som levde för upp till 1,2 miljoner år sedan. Kartläggningen avslöjar att den nordamerikanska Columbiamammuten var en hybrid mellan ullhårig mammut och en tidigare okänd mammutsläkting.
– Att hitta dna från den här tiden är som att åka tillbaka med en tidsmaskin, och gör det möjligt att undersöka evolutionära processer i samband med att arter bildas. Detta är något som hittills inte gjorts med genetiska verktyg, säger Love Dalén, professor i evolutionär genetik och forskningsledare vid Centrum för paleogenetik, ett samarbete mellan Stockholms universitet och Naturhistoriska riksmuséet.
Från en tid med stora klimatförändringar
Tiden för runt en miljon år sedan var en period då många av våra nuvarande däggdjursarter hade sitt ursprung och jordens klimat genomgick stora förändringar. Den internationella forskargruppen ledd av forskare vid Centrum för paleogenetik har lyckats kartlägga arvsmassan från ett flertal mammutar som levde för 0,7 till 1,2 miljoner år sedan.
– De här dna -proverna är så otroligt gamla att det nästan är svårt att greppa. Proverna är tusen gånger äldre än vikingatida lämningar, och är från en tidsperiod innan det ens fanns människor och neandertalare, säger Love Dalén.
Analyserna gjordes på mammuttänder som legat bevarade i den sibiriska permafrosten. Forskarna fann att det bara fanns ytterst lite dna kvar i proverna, och dessutom var dna-molekylerna nedbrutna i väldigt små bitar. Det krävdes därför ett omfattande arbete och avancerade metoder för att ta fram och analysera dna-sekvenserna.
Love Dalén, Patrícia Pečnerová och två ryska kollegor drar en bete från en stäppmammut ur marken på Wrangel Island i Arktiska havet i nordöstra Sibirien.
Video: Patrícia Pečnerová
Dna från de första ullhåriga mammutarna
Provernas ålder har bestämts genom både paleontologiska metoder och med hjälp av den så kallade molekylära klockan, som är baserad på att mutationer i arvsmassan sker med konstant hastighet. Analyserna visar att två av proverna är mer än en miljon år gamla. Det äldsta provet, som var 1,2 miljoner år gammalt, kom från en hittills okänd evolutionär linje som skiljdes från andra mammutar för mer än två miljoner år sedan. Det tredje provet är cirka 0,7 miljoner år gammalt och utgör en av de första kända ullhåriga mammutarna.
– Resultaten kom som en total överraskning för oss. Alla tidigare studier har tytt på att det vid den här tidpunkten bara fanns en art av mammut i Sibirien, som kallas stäppmammut. Men nu visar våra dna-analyser att de fanns två olika typer av mammut. Vi kan inte säga säkert ännu, men vi tror att det handlar om två olika arter, säger Tom van der Valk, tidigare postdoktor vid Centrum för paleogenetik, numera anställd vid SciLifeLab.
Anpassningen till kallare klimat
Den nyupptäckta typen av mammut, av forskargruppen kallad Krestovka-mammuten, visar sig tillhöra den evolutionära linje av mammutar som koloniserade Nordamerika för 1,5 miljoner år sedan. Dessutom visar analyserna att Columbiamammuten som levde i Nordamerika under den senaste istiden är en hybdridart, vars arvsmassa till hälften kom från Krestovka-mammuten och till hälften från den ullhåriga mammuten.
– Det här är en viktig upptäckt. Det verkar alltså som att arten Columbiamammut, ett av de mest ikoniska istida djuren i Nordamerika, uppstod genom en hybridisering för ungefär 420 000 år sedan, säger Patrícia Pečnerová, tidigare doktorand vid Zoologiska institutionen vid Stockholms universitet, numera postdoktor vid Köpenhamns universitet.
Forskarna jämförde även arvsmassan från ullhåriga mammutar, som levde för bara några tusen år sedan, med en av de första ullhåriga mammutarna som levde för 0,7 miljoner år sedan och en stäppmammut som levde för 1,1 miljon år sedan. Det gjorde det möjligt undersöka hur anpassningen till ett kallare klimat gått till, och huruvida artbildningen bidrog till denna anpassning.
Analyserna visade att nästan alla de mutationer som påverkar fettlagring, temperaturreglering, hårtillväxt, lägre köldkänslighet och dygnsrytm fanns redan hos stäppmammuten för drygt en miljon år sedan, långt innan den ullhåriga mammuten uppstod.
Uråldrig dna kan ge många svar
– Att kunna spåra genetiska förändringar över en artbildning är helt unikt. Våra analyser visar att de allra flesta köldanpassningarna fanns redan hos den ullhåriga mammutens förfader, och vi finner inga bevis för att det naturliga urvalet gick snabbare under själva artbildningen, säger David Díez-del-Molino, postdoktor vid Centrum för paleogenetik.
De två forskningsledarna vid Centrum för paleogenetik, Love Dalén och Anders Götherström, menar att de nya resultaten nu öppnar dörren för en rad framtida studier på andra arter.
– För ungefär en miljon år sedan startade en tidsperiod när många arter spred sig över jorden. Det var också en period med stora förändringar i både havsnivåer och klimat, samt den senaste gången jordens magnetiska poler bytte plats. Genetiska analyser på den här tidsskalan kan användas för att undersöka en rad spännande frågeställningar, säger Love Dalén.
Hur långt bak i tiden kan man komma?
–Ja det är ju den stora frågan. Vi har inte nått gränsen än. En kvalificerad gissning är att det går att hitta dna från 2 miljoner, kanske upp till 2,6 miljoner år tillbaka. Innan den tiden fanns ingen permafrost där förhistoriskt dna kan ha bevarats, säger Anders Götherström, professor i molekylär arkeologi.
Centrum for paleogenetik för samman forskare från olika discipliner, som biologi, arkeologi och geologi, i en forskningsmiljö som fokuserar på analyser av dna från historiska och forntida lämningar. Studien är ett resultat av ett internationellt samarbete, med forskare från Centrum för paleogenetik och forskare från Storbritannien, Ryssland, USA, Tyskland, Kina, Turkiet, Norge och Danmark.
Mammutar genom tiderna
Columbiamammut är en art som fanns i USA och Mexiko och dog ut för cirka 11 000 år sedan. Den var storväxt, hade stora betar och troligen inte så mycket päls. De nya rönen visar att arten utvecklades genom en hybridisering mellan den nu upptäckta ”Krestovka-mammuten” och den ullhårig mammuten för omkring 420 000 år sedan.
Ullhårig mammut är en art som uppstod i nordöstra Sibirien för cirka 700 000 år sedan, och dog ut för 4 000 år sedan. Arten hade en utbredning över större delen av norra halvklotet, och hade ett flertal anpassningar till kallt klimat, inklusive ullig päls, små öron, fettdepåer och minskad köldkänslighet.
Stäppmammut är en mammut som fanns i stora delar av norra Eurasien för 1,7 till 0,2 miljoner år sedan. Man har tidigare antagit att alla dessa mammutar tillhörde samma art, och man vet inte så mycket om hur de såg ut annat än att de hade annorlunda tänder och var avsevärt större än andra mammutar. Resultaten från den aktuella studien visar att det fanns två typer av mammut med liknande morfologi, stäppmammuten och Krestovka-mammuten, och att åtminstone den förstnämnda sannolikt hade päls samt flera andra köldanpassningar.
Vetenskaplig artikel:
Million-year-old DNA sheds light on the genomic history of mammoths, NatureKontakt:
Love Dalén, Centrum för paleogenetik och professor i evolutionär genetik vid Naturhistoriska riksmuseet, love.dalen@nrm.se
Tom van der Valk, Science for Life Laboratory. Tidigare Postdoktor vid Centrum för paleogenetik, tom.vandervalk@scilifelab.se
