Мамонты раздвоились

Две филогенетические линии сибирских мамонтов вымирали по очереди

Алексей Петров 10.06.2008, 10:48

Генетический анализ выявил среди внешне неотличимых сибирских мамонтов две чёткие ветви. Мамонты одной из них гуляли по всей Сибири, а другой — по какой-то причине не покидали междуречье Лены и Колымы. Возможно, такая ограниченность ареала и привела к тому, что вымерли эти мамонты первыми.

Сейчас уже мало у кого остаются сомнения в том, что человечество нанесло решающий удар по мамонтам, истребив их популяции на корню примерно шесть тысяч лет назад. Мамонты употреблялись в пищу, их шкуры и кости служили строительным материалом для жилищ и материалом для одежды наших далеких предков. По мнению палеонтологов, теперь пришла пора воздать этим животным дань уважения и рассказать современникам о том, как жили и как развивались популяции мамонтов, каково было их разнообразие, и как они осваивали территории.

В этой работе большим подспорьем в последнее время становятся новейшие методы генетического анализа. Успешно продемонстрировав свои возможности в анализе исторических процессов, сопровождавших развитие человеческой цивилизации, они в перспективе позволят взглянуть и на эволюцию вымерших видов совершенно по-новому вооруженным взглядом.

Статья, опубликованная в последнем номере Proceedings of the National Academy of Sciences, описывает пять расшифрованных митохондриальных последовательностей ДНК (мтДНК), извлеченных из шерсти сибирских мамонтов. Кроме того, ключевые авторы публикации, Томас Гилберт, Вебб Миллер и Стефан Шустер, все сотрудники Пенсильванского университета в США, провели сравнительный анализ этих пяти новых полностью расшифрованных мтДНК с тринадцатью, опубликованными ранее, и, таким образом, положили начало кропотливой работе по изучению истории эволюции мамонтов с генетических позиций науки.

Ископаемые образцы животных и даже их фекалии уже не раз служили источником генетического материала, однако в очень редких случаях подобные образцы позволяют расшифровать наследственную цепочку полностью. Мамонты в этом плане исключительно удобны, так как их останки чаще всего находят в слоях вечной мерзлоты, где холод задерживает разрушение тканей.

Самым важным выводом публикации является выявление двух филогенетических ветвей сибирских мамонтов.

Эти две ветви демонстрируют существенные различия в структуре мтДНК, начало формирования которых было положено задолго до завершения истории этих шерстяных великанов – около одного—двух миллионов лет назад. Такая неточность генетической датировки обусловлена сильной зависимостью результатов от калибровки метода и отсутствием на данный момент живого эталонного образца сравнения.

Такая долгая история развития различий в мтДНК сибирских мамонтов очень удивила ученых, так как никаких внешних морфологических проявлений не получила. Таким образом, ученые заключают существование на территории Сибири в течение очень длительного промежутка времени двух так называемых симпатрических популяций мамонтов, занимавших, по сути, один и тот же природный ареал, но не скрещивавшихся в ходе размножения.

При этом любопытно, что первая, более многочисленная филогенетическая ветвь занимала очень большие территориальные просторы Берингии — таким термином палеонтологи обозначают обширные территории Северо-Восточной Сибири, Чукотки и Аляски. Вторая филогенетическая ветвь, представленная на сегодняшний день всего тремя полностью расшифрованными мтДНК и девятью частично раскодированными, относится к мамонтам, обитавшим в пределах водораздела рек Лены и Колымы.

Радиоуглеродный анализ показал, что вторая, ограниченная в пространстве филогенетическая ветвь мамонтов просуществовала на несколько десятков тысяч лет меньше первой.

Это обстоятельство навело палеонтологов на размышления. Суть их сводится к выяснению причины возникновения значительных генетических различий между двумя линиями мамонтов, а также попытке понять, явились ли эти различия причиной более раннего исчезновения этих мамонтов с лица Земли, или же вымирание произошло по независящим от них причинам.

Тот факт, что две филогенетические линии относятся к одному и тому же виду сибирских мамонтов, ученые не подвергают сомнению, так как морфологические различия между образцами ископаемых животных обнаружены не были. Потому гипотезу о том, что асинхронное вымирание двух линий вида произошло из-за репродуктивной изолированности этих групп друг от друга, ученые сразу отвергли.

Правдоподобной выглядела гипотеза о том, что первая линия мамонтов имела некие генетические преимущества в мтДНК по сравнению со второй. А потому вымирание мамонтов, принадлежавших ко второй ветви, могло произойти просто под давлением естественного отбора.

Ученые не поленились проверить этот сценарий развития событий; для этого у них оказалось все, что нужно.

Различия мтДНК определяют и отличия в строении белков, кодируемых этой последовательностью. Таким образом учёные попытались найти отличия в составе аминокислот по-разному кодируемых белков и оценить влияние этой замены на функциональные свойства молекул. Найти удалось не десять, а 31 отличие в аминокислотах между первой и второй линией мамонтов.

Однако белки с заменёнными аминокислотами оказались очень близкими гомологами исходных, практически не отличаясь от них структурой.

В структуре белковых глобул, воссозданной с помощью моделирования, эти аминокислоты занимают место на внешней стороне свернутой молекулы или в петлевых её участках, не оказывая таким образом практически никакого влияния на работу молекул. Таким образом, если естественный отбор и привел к вымиранию второй филогенетической ветви мамонтов, на основе мтДНК его выявить не удалось.

Генетический дрейф

процесс изменения частоты проявления тех или иных аллелей генов, которая в нормальных условиях (большая чисенность особей, большой ареал обитания) контролируется только законами случая. В пределе генетический дрейф может привести к полному вытеснению отдельных аллелей из процесса репродукции и передаче наследственной информации.

Наиболее вероятным представляется вымирание мамонтов второй филогенетической группы в результате географической ограниченности их ареала. Учёные уже давно установили, что такая ограниченность делает популяцию – особенно для крупных животных – более уязвимой. Таким образом мог сформироваться уже знакомый по исследованиям человеческого генома эффект бутылочного горлышка, «узкого места», который в случае мамонтов привел и к выраженному генетическому дрейфу, и, скорее всего, к вымиранию.

Впрочем, все эти предположения пока остаются гипотезами, а ученых ждет дальнейшая работа по поиску новых источников генетического материала, археологических свидетельств и совершенствованию генетических методов анализа, способных рассказать историю жизни косматых гигантов плейстоцена.