Genomas de mamutes de milhões de anos quebram recorde de DNA antigo mais antigo

Dentes preservados com gelo permanente, de até 1,6 milhão de anos, identificam um novo tipo de mamute na Sibéria.

• Ewen Callaway

O DNA antigo recuperado de diferentes espécies de mamutes está iluminando um quadro evolucionário complexo. Crédito: Beth Zaiken / Centro de Paleogenética

O genoma de um milhão de anos está aqui. Dentes de mamute preservados no permafrost oriental da Sibéria produziram o DNA mais antigo de que se tem registro, levando a tecnologia para perto de - mas talvez não para além - de seus limites.

O DNA genômico extraído de um trio de espécimes de dentes escavados na década de 1970 identificou um novo tipo de mamute que deu origem a uma espécie norte-americana posterior. Os resultados foram publicados na Nature em 17 de Fevereiro ¹ .

“Eu amo o jornal. Estou esperando por esse artigo há, o que, oito anos ”, diz Ludovic Orlando, um especialista em DNA antigo do Centro de Antropobiologia e Genômica de Toulouse, na França, que co-liderou um esforço de 2013 que sequenciou o mais antigo DNA antigo - um genoma de um osso de uma perna de cavalo de 560.000 a 780.000 anos ² . “Estou feliz por perder esse disco, porque era pesado”, diz ele.

Os pesquisadores suspeitavam que o DNA antigo poderia sobreviver além de um milhão de anos, se a amostra certa pudesse ser encontrada. Quando um organismo morre, seus cromossomos se quebram em pedaços que ficam mais curtos com o tempo. Eventualmente, os filamentos de DNA tornam-se tão pequenos que - mesmo que possam ser extraídos - perdem seu conteúdo de informação.

A equipe de Orlando descobriu que fragmentos de apenas 25 letras de DNA em seu osso de cavalo, do território canadense de Yukon, ainda podiam ser interpretados. Eles estimaram que restos de milhões de anos preservados no frio constante do permafrost - que retarda a fragmentação do DNA - também deveriam conter fragmentos de DNA desse comprimento. “Minha única dúvida: existe tal amostra?” Orlando diz.

Sonho decadal

Love Dalén, geneticista evolucionista do Museu Sueco de História Natural (SMNH) em Estocolmo, vinha se divertindo com a ideia de sequenciar restos mortais de mamutes muito antigos desde que encontrou pela primeira vez uma coleção deles, em 2007. As amostras sequenciadas por sua equipe, uma de um dos primeiros mamutes lanosos (Mammuthus primigenius) e dois atribuídos a um precursor conhecido como mamutes da estepe (Mammuthus trogontherii), foram escavados pelo paleontólogo russo Andrei Sher.

Fonte: David Diez-del-Molino

Dalén esperava que o DNA das amostras pudesse capturar a evolução dos mamutes lanudos e de outras espécies em ação, mas ele estava cético por causa das más experiências anteriores com restos muito mais jovens encontrados no permafrost. “Não é como se tudo encontrado no permafrost sempre funcionasse. A grande maioria das amostras tem DNA de merda ”, diz ele.

E, de fato, dois dos três molares mamutes das escavações de Sher, recuperados de sedimentos com mais de um milhão de anos, continham tão pouco DNA que Dalén diz que os teria descartado se fossem mais jovens.

Mas, graças aos avanços na tecnologia de sequenciamento e bioinformática, sua equipe conseguiu obter 49 milhões de pares de bases de DNA nuclear da amostra mais antiga, encontrada perto de uma aldeia chamada Krestovka, e 884 milhões de pares de bases de outro dente, chamado Adycha. A análise do DNA sugeriu que a amostra de Krestovka tinha 1,65 milhão de anos, e a amostra de Adycha, cerca de 1,3 milhão (veja 'Genomas antigos'). A terceira amostra, um dente de mamute lanoso de 600.000 anos apelidado de Chukochya, produziu quase 3,7 bilhões de pares de bases de DNA, mais do que o comprimento de seu genoma de 3,1 bilhões de pares de bases.

Por sua forma, os dois dentes mais antigos pareciam pertencer a mamutes das estepes, uma espécie europeia que os pesquisadores consideram anteriores aos mamutes lanudos e aos mamutes colombianos ( Mammuthus columbi ), uma espécie norte-americana. Mas seus genomas pintaram um quadro mais complicado. O espécime de Adycha fazia parte da linhagem que deu origem aos mamutes peludos, mas o espécime de Krestovka claramente não.

A equipe de Dalén descobriu que ele pertencia a uma linhagem inteiramente nova. “Não podemos dizer que é uma espécie diferente, mas com certeza se parece com isso”, diz ele. Embora a amostra de Krestovka seja da Rússia, ele suspeita que a linhagem ficou isolada de outros mamutes da estepe na América do Norte. A equipe descobriu que os mamutes colombianos traçam metade de sua ancestralidade com a linhagem do mamute Krestovka, e a outra metade com os mamutes lanudos. Dalén estima que as duas linhagens se misturaram há mais de 420.000 anos.

Uma presa de um mamute peludo. Crédito: Love Dalén

A ideia de que novas espécies podem se formar por meio da mistura - e não apenas da divisão de uma única espécie parental - está ganhando popularidade entre os biólogos evolucionistas. Mas esta é a primeira evidência de 'especiação híbrida' do DNA antigo, diz Orlando. “Isso é incrível.”

Hendrik Poinar, um especialista em DNA antigo da Universidade McMaster em Hamilton, Canadá, diz que diferentes espécies de mamutes provavelmente hibridizavam quando a expansão glacial os unia. Sua equipe encontrou evidências de que, posteriormente, mamutes lanudos e colombianos ocasionalmente cruzam.

O futuro do DNA antigo

Mesmo que os pesquisadores esperem há muito um genoma de um milhão de anos, cruzar esse limiar é importante, diz Viviane Slon, paleogeneticista da Universidade de Tel Aviv, em Israel. “Há uma diferença entre o que pensamos ser possível e realmente mostrá-lo.”

Tom van der Valk, bioinformático da Universidade de Uppsala, na Suécia, que liderou o trabalho do dente de mamute com os biólogos evolucionistas Patrícia Pečnerová e David Díez-del-Molino do SMNH, espera que isso incentive outros laboratórios. “É uma barreira simbólica que espero poder inspirar e motivar outros grupos que têm ideias sobre sequenciamento em tempo realmente profundo.”

Ao cruzar o limiar de um milhão de anos, os pesquisadores de DNA antigo podem ser capazes de acessar as primeiras histórias de outros mamíferos grandes e pequenos, diz Dalén. Amostras muito antigas de permafrost de bois almiscarados, alces e lemingues estão agora no radar de seu laboratório.

O DNA do mamute não representa a informação biomolecular mais antiga do registro fóssil. Em 2016, os pesquisadores relataram sequências de proteínas de cascas de ovo de avestruz de 3,8 milhões de anos da Tanzânia ³ e, em 2019, outra equipe decodificou proteínas de um dente de rinoceronte de 1,77 milhão de anos da Geórgia ⁴ . As sequências de proteínas tendem a ser muito menos informativas sobre a ancestralidade de um organismo do que o DNA. Mas as moléculas de proteína são muito mais resistentes, então os pesquisadores podem usá-las para colher insights de fósseis muito antigos encontrados em lugares sem permafrost. As amostras de avestruz e rinoceronte vêm de sítios arqueológicos famosos por vestígios de hominídeos.

As chances de encontrar restos mortais de um milhão de anos de antigos parentes humanos no permafrost são muito baixas, dizem os pesquisadores. Mas Dalén acha que o ambiente certo, como uma caverna profunda, pode render amostras tão antigas. Os primeiros vestígios de Neandertais de uma caverna espanhola datada de 430.000 anos atrás representam o DNA mais antigo de um antigo parente humano descoberto até agora ⁵ . “Encontrar um hominídeo no tipo de contexto ideal para preservação como o permafrost seria um sonho”, diz Slon.

Quanto ao provável limite de idade do DNA antigo, Dalén diz que é fácil de determinar: “2,6 milhões de anos. Esse é o limite do permafrost. Antes disso, estava muito quente. ”

Nature 590 , 537-538 (2021)

doi: https://doi.org/10.1038/d41586-021-00436-x

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Referências

1. 1

   van der Valk, T. et al. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-021-03224-9 (2021).

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   Meyer, M. et al. Nature 531 , 504–507 (2016).