دانشمندان برای اولین‌بار کروموزوم‌های ماموت‌ها را به‌صورت سه‌بعدی بازسازی کردند

یک تکه پوست ماموت به‌دام‌افتاده در خاک منجمد دانشمندان را قادر ساخته تا به یک دستاورد شگفت‌انگیز برسند. دانشمندان از این پوست، که متعلق به یک ماموت پشمالو بود، نه فقط ژنوم، بلکه طرح سه‌بعدی کروموزوم‌های یک ماموت عظیم را بازسازی کرده‌اند.

DNA موجود در این نمونه یک میلیون‌بار طولانی‌تر از تکه‌های DNA موجود در فسیل‌های قبلی بود. این اولین‌باری است که دانشمندان توانسته‌اند کاریوتایپ یک نمونه باستانی را تعیین کنند. کاریوتایپ فرایندی است که در آن شکل کروموزوم‌های موجود در سلول‌های یک جاندار ترسیم می‌شود.

آخرین ماموت پشمالو تقریباً چهار هزار سال پیش از بین رفت. دانشمندان دهه‌هاست که با بررسی بقایای این حیوانات درحال کشف زوایای جدید زندگی و تاریخچه آن‌ها بوده‌اند. خوشبختانه ماموت‌ها در محیط‌های سرد زندگی می‌کردند و بسیاری از بقایای ماموت‌ها در نواحی منجمد کشف می‌شوند. این نواحی مانند فریزرهای طبیعی بخش‌های زیادی از مواد ژنتیکی ماموت‌ها را حفظ کرده‌اند.

در سال ۲۰۱۸، بقایای یک ماموت پشمالوی ماده در تندرای سیبری پیدا شد که علاوه بر استخوان‌ها، شامل بافت پوست نیز می‌شد. دانشمندان بلافاصله پی بردند که این نمونه می‌تواند بیشتر از هر نمونه کشف‌شده دیگری مواد ژنتیکی در خود داشته باشد.

علت این است که این حیوان بلافاصله پس از مرگ به‌صورت خشک منجمد شده بود. در این فرایند، آب بدن تصعید می‌شود و مواد باقی‌مانده منجمد می‌گردند. به این ترتیب، بافت‌های حیوان حالتی شیشه‌مانند پیدا می‌کنند.

فرایند انجماد خشک سلول‌ها را به‌طور کامل منجمد و آرایش سه‌بعدی تکه‌های DNA را برای ده‌ها هزار سال حفظ کرده است. به بیان دیگر، ساختار کروموزوم‌های ماموت آسیبی ندیده‌اند. پس این فسیل بیشتر از تمام فسیل‌های قبلی اطلاعات ژنتیکی ماموت‌ها را آشکار می‌کند.

بازسازی کروموزوم‌های ماموت پشمالو

ژنوم کامل یک ارگانیسم، یک توالی از میلیاردها هسته نوکلئوتیدی است که با یکدیگر جفت می‌شوند و چند پلیمر طولانی از DNAهای دوشاخه می‌سازند. این مولکول‌های رشته‌ای سپس در هم می‌پیچند و ساختارهایی به‌نام کروموزوم را ایجاد می‌کنند. به این ترتیب، ژنوم می‌تواند درون هسته یک سلول جای بگیرد، درحالی‌که توالی‌های حساس حفاظت می‌شوند و بیان ژن ساده‌تر می‌گردد.

هر کروموزوم می‌تواند شامل صدها میلیون جفت پایه باشد. اما حتی در فسیل‌هایی که به‌خوبی حفظ شده‌اند، کروموزوم‌ها به‌سرعت می‌شکنند و تکه‌هایی با کمتر از ۱۰۰ جفت پایه ایجاد می‌شود.

دانشمندان یک تکه پوست از پشت گوش ماموت برداشتند و از یک تکنیک به‌نام Hi-C استفاده کردند تا تکه‌های پازل را کنار هم قرار دهند. این کاری طاقت‌فرسا بود که سال‌ها به‌طول انجامید. اما در نهایت آن‌ها توانستند نقشه‌ای از DNA ماموت پشمالو تهیه کنند.

یکی از نتایج این دستاورد این بود که دانشمندان توانستند بفهمند ماموت پشمالو ۲۸ جفت کروموزوم داشت. این اولین‌باری است که جفت‌های کروموزوم یک حیوان منقرض‌شده شمارش می‌شوند. این عدد معقول است؛ زیرا فیل‌ها، نزدیک‌ترین خویشاوندان ماموت‌ها، نیز ۲۸ جفت کروموزوم دارند.

دانستن شکل کروموزوم حیوانات می‌تواند باعث شود تا توالی کل DNA آن‌ها بازسازی شود. به این ترتیب، دانشمندان می‌توانند به اطلاعات جدیدی دست پیدا کنند که پیش از این در دسترس نبود.

برای مثال، ژن‌های فعال و غیرفعال معمولاً در نواحی جداگانه‌ای در هسته سلول قرار می‌گیرند؛ پدیده‌ای که «بخش‌بندی کروموزومی» نام دارد. دانشمندان می‌توانند با مقایسه بخش‌بندی ماموت‌ها و فیل‌ها به شباهت‌ها و تفاوت‌های کلیدی این دو حیوان پی ببرند.

دانشمندان نتایج این پژوهش را در ژورنال Cell منتشر کرده‌اند.