Bilim İnsanları 52.000 Yıllık Mamutta Olağanüstü Antik Kromozom Fosilleri Keşfetti
Bilim İnsanları 52.000 Yıllık Mamutta Olağanüstü Antik Kromozom Fosilleri Keşfetti. Ortak bir çalışma, 52.000 yıllık yünlü bir mamutta korunmuş antik kromozom yapılarını ortaya çıkararak, mamutun genetiği ve böyle bir korumaya olanak tanıyan koşullar hakkında benzeri görülmemiş bilgiler sağladı ve dondurarak kurutulmuş gıda teknikleriyle paralellikler kurdu.
Artık nesli tükenmiş türlerin genomlarının bir araya getirilmesi mümkün hale geldi. Baylor Tıp Fakültesi , Kopenhag Üniversitesi ve Centre Nacional d’Anàlisi Genòmica ve Centre for Genomic Regulation’dan bir bilim insanları ekibi, 52.000 yıl önce ölen yünlü bir mamutun kalıntılarında antik kromozom fosilleri keşfetti. Bu fosiller antik kromozomların yapısını nanometre ölçeğinde -bir metrenin milyarda biri- koruyor.
Keşif Cell’in kapağında yer alıyor . Kopenhag Üniversitesi Evrimsel Hologenomik Merkezi’nden ve yeni çalışmanın ortak ilk yazarı olan Dr. Marcela Sandoval-Velasco, “Antik DNA’nın küçük parçalarının uzun süreler boyunca hayatta kalabildiğini biliyorduk ,” dedi. “Ancak burada bulduğumuz şey, bu DNA parçalarının üç boyutlu düzenlemesinin on binlerce yıl boyunca yerinde dondurulduğu ve böylece tüm kromozomun yapısının korunduğu bir örnek.”
Genetik Araştırmalar İçin Devrim Niteliğinde Araçlar Fosil kromozomlar, Dünya’daki yaşamın tarihini incelemek için güçlü bir yeni araçtır. Bunun nedeni, tipik antik DNA parçalarının nadiren 100 baz çiftinden veya genetik kodun 100 harfinden daha uzun olmasıdır – genellikle milyarlarca harf uzunluğunda olan bir organizmanın tam DNA dizisinden çok daha küçüktür. Buna karşılık, fosil kromozomlar yüz milyonlarca genetik harfe yayılabilir.
“Antik DNA moleküllerini modern türlerin DNA dizileriyle karşılaştırarak , genetik kodun tek harflerinin değiştiği durumları bulmak mümkün,” diyor Baylor Tıp Fakültesi Genom Mimarisi Merkezi’nde moleküler ve insan genetiği yardımcı doçenti ve Rice Üniversitesi Teorik Biyolojik Fizik Merkezi’nde kıdemli araştırmacı olan eş-ilk ve eş-yazışma yazarı Dr. Olga Dudchenko. “Fosil kromozomlar oyunun kurallarını değiştiriyor çünkü bir organizmanın kromozomlarının şeklini bilmek, soyu tükenmiş canlıların tüm DNA dizisini bir araya getirmeyi mümkün kılıyor. Bu, daha önce mümkün olmayacak türden içgörülere olanak sağlıyor.”
Fosil kromozomlar bir mamuttan geldiğinden, ekibin yaptığı ilk şeylerden biri yünlü mamutun sahip olduğu kromozom sayısını belirlemekti. “28 çift kromozomları olduğunu bulduk, bu çok mantıklı, çünkü modern fillerin sahip olduğu kromozom sayısı bu ve yünlü mamutun yaşayan en yakın akrabası,” diyor Dr. Juan Antonio Rodríguez, çalışmanın ortak birinci yazarı ve Kopenhag Üniversitesi ile İspanya, Barselona’daki Centre Nacional d’Anàlisi Genòmica’da araştırmacı. “Soyu tükenmiş bir canlının kromozomlarını ilk kez sayabilmek son derece heyecan vericiydi. Genellikle 1’den 28’e kadar sayarak bu kadar eğlenmek mümkün olmuyor.”
Mamut Genetiğine İlişkin Görüşler
Mamutun derisinden türetilen fosil kromozomları inceleyerek hangi genlerin aktif olduğunu görmek mümkün oldu. Bunun nedeni kromozom bölümlenmesi adı verilen bir olgudur; aktif ve inaktif DNA’nın hücre çekirdeği içinde iki mekansal mahalleye ayrılma eğiliminde olmasıdır. Çoğu gen için, aktivite durumu araştırmacıların modern fil derisinde gördükleriyle uyuşmaktadır. Ancak her zaman değil.
“Bizim için bariz soru şuydu: Neden ‘tüylü mamut’? Neden ‘şaşırtıcı derecede kel bir mamut’ değil?” dedi Hologenomics Merkezi direktörü ve makalenin eş-yazışma yazarı Dr. Thomas Gilbert. “Bölümlendirmenin bu fosillerde hala korunmuş olması kritikti, çünkü ilk kez, bir yünlü mamutta hangi genlerin aktif olduğunu görmeyi mümkün kıldı. Ve kıl folikülü gelişimini düzenleyen ve aktivite örüntüsü fillerdekinden tamamen farklı olan anahtar genlerin olduğu ortaya çıktı.”
Araştırmacılar bu antik kromozomların biçiminde sadece bölümlendirmeden daha fazlasını gördüler. Aslında kromozomlar modern kromozomlarla birçok yapısal özelliği paylaşıyordu. Bu özelliklerin en dikkat çekici olanı aynı zamanda en küçüğüydü: Baylor ekibinin sadece 10 yıl önce ilk kez insanlarda haritaladığı 50 nm kadar küçük yapılar olan kromatin halkaları.
“Bu antik kromozomlardaki döngülerin hayatta kalması belki de en etkileyici kısım,” diyor ICREA Araştırma Profesörü Marc A. Marti-Renom, çalışmanın eş-yazışma yazarı ve Barselona, İspanya’daki Centre Nacional d’Anàlisi Genòmica ve Genomik Düzenleme Merkezi’nde grup lideri. “Sadece 50 nanometre boyutunda olan DNA döngüleri önemlidir çünkü aktive edici DNA dizilerini gen hedeflerine yakınlaştırırlar. Yani bu fosiller bize sadece hangi genlerin aktif olduğunu göstermiyor – bize nedenini de gösteriyor.”
Ancak araştırmacıların elinde bir bilmece vardı: Antik kromozomların DNA parçaları üç boyutlu yapıları bozulmadan 52.000 yıl boyunca nasıl hayatta kalabildi? Sonuçta, 1905’te -onun ‘annus mirabilis’i veya ‘mucize yılı’- Albert Einstein, DNA parçaları gibi küçük parçacıkların bir madde içinde ne kadar hızlı hareket etme eğiliminde olduğunu hesaplayan klasik bir makale yayınladı. Dudchenko, “Einstein’ın çalışması kromozom fosilleri hakkında çok basit bir tahminde bulunuyor: normal koşullar altında var olmamalılar,” dedi. “Ve yine de: işte buradalar. Bu bir fizik gizemiydi!”
Tarih Öncesi Bir Bulmacayı Çözmek
Bu belirgin çelişkiyi açıklamak için araştırmacılar, kromozom fosillerinin camdaki moleküllerin durumuna çok benzeyen çok özel bir durumda olduğunu fark ettiler. Çalışmanın eş-yazışma yazarı, Genom Mimarisi Merkezi direktörü ve Baylor Tıp Fakültesi profesörü Dr. Erez Lieberman Aiden, “Krom cam, pencerenizdeki cama çok benzer: Serttir, ancak düzenli bir kristal değildir,” diyor. “Tek tek parçacıklara yakınlaştırırsanız, bir cam parçası – veya bir krom cam parçası – temelde şerit işaretlerinin olmadığı bir dünyada tampondan tampona nano ölçekli bir trafik sıkışıklığıdır. Tek tek parçacıklar veya antik DNA’nın tek tek parçaları, o durumda çok uzağa hareket edemezler. Binlerce ve binlerce yıl bekleseniz bile.”
2018 yılında Sibirya’daki donmuş toprakta ortaya çıkarılan mamut kalıntılarının cam benzeri bir halde muhafaza edildiği fikri o kadar da uçuk değil. Birçok medeniyet farkında olmadan, yiyeceklerini korumak için genellikle soğutma ve kurutma kombinasyonuyla bir “cam geçişi” oluşturmanın yollarını geliştirdi. Bu, tortilla cipsleri ve sığır eti sarsıntısı gibi orijinal yiyeceklerden daha gevrek, ancak çok daha uzun süre dayanan yiyeceklerle sonuçlandı. Ve cam geçişinin modern gıda bilimcileri için önemli bir kavram haline gelmesinin nedeni budur. Esasen, araştırmacılar kromozom fosillerinin dondurularak kurutulmuş yünlü mamut sarsıntısı parçasının içinde sıkıştığını keşfettiler.
“Bu teoriyi, yünlü mamut etinden çok daha kolay bulunan eski, dondurularak kurutulmuş sığır etinden yapılan deneylerle doğruladık,” diye açıklıyor çalışmanın ortak birinci yazarı ve Genom Mimarisi Merkezi ile Rice Üniversitesi Teorik Biyolojik Fizik Merkezi’nde araştırmacı olan Dr. Cynthia Pérez Estrada. “Tüfekle ateş ettik. Arabayla üzerinden geçtik. Houston Astros’un eski başlangıç atıcılarından birine hızlı bir top attırdık. Her seferinde et küçük parçalara ayrıldı ve bir cam gibi paramparça oldu. Ancak nano ölçekte kromozomlar sağlamdı, değişmemişti. Bu fosillerin hayatta kalabilmesinin sebebi bu. 52.000 yıl sonra orada olmalarının ve bizi bulmamızı beklemelerinin sebebi bu.”