Neues zur Genetik des Wollhaarmammuts

Presseldung vom 05.05.2023

Ein Forscherteam verglich die Genome von Wollhaarmammuts mit denen von heutigen Elefanten, um herauszufinden, was Wollhaarmammuts als Individuen und als Art einzigartig machte. Die Untersuchung wurde am 7. April im Journal Current Biology veröffentlicht und ergab, dass viele charakteristische Merkmale der Wollhaarmammuts, wie ihr Fell und ihre großen Fettdepots, bereits genetisch kodiert waren, als die ersten Wollhaarmammuts auftraten.


Diese und andere Merkmale entwickelten sich jedoch im Laufe der mehr als 700.000-jährigen Existenz der Art weiter. Die Forscher identifizierten auch ein Gen mit mehreren Mutationen, das für die winzigen Ohren der Wollhaarmammuts verantwortlich gewesen sein könnte. "Wir wollten wissen, was einen Mammuts zu einem Wollhaarmammut macht", sagt der Paläogenetiker und Erstautor David Díez-del-Molino vom Zentrum für Paläogenetik in Stockholm.


Nachbildung von Mammuts.

Publikation:


David Díez-del-Molino, Marianne Dehasque, J. Camilo Chacón-Duque, Patrícia Pečnerová, Alexei Tikhonov, Albert Protopopov, Valeri Plotnikov, Foteini Kanellidou, Pavel Nikolskiy, Peter Mortensen, Gleb K. Danilov, Sergey Vartanyan, M. Thomas P. Gilbert, Adrian M. Lister, Peter D. Heintzman, Tom van der Valk, Love Dalén
Genomics of adaptive evolution in the woolly mammoth
Current Biology (2023)

DOI: 10.1016/j.cub.2023.03.084



„Wollhaarmammuts haben sehr charakteristische morphologische Merkmale wie das dickes Fell und die kleinen Ohren, die man aufgrund tiefgefrorener Exemplare erwartet, aber es gibt auch viele andere Anpassungen wie Fettstoffwechsel und Kälteempfindung, die nicht so offensichtlich sind, weil sie auf molekularer Ebene stattfinden.“ Um Gene zu identifizieren, die bei Wollhaarmammuts „weit entwickelt“ waren - also eine große Anzahl von Mutationen angesammelt hatten - verglich das Team die Genome von 23 sibirischen Wollhaarmammuts mit 28 Genomen von heutigen asiatischen und afrikanischen Elefanten.

Eiszeitliches Mammut.

22 dieser Wollhaarmammuts waren relativ modern und lebten in den letzten 100.000 Jahren, und 16 der Genome wurden zuvor noch garnicht sequenziert. Das 23. Wollhaarmammut-Genom gehörte einem der ältesten bekannten Wollhaarmammuts aus Chukochya, das vor etwa 700.000 Jahren lebte. „Das Chukochya-Genom hat es uns ermöglicht, eine Reihe von Genen zu identifizieren, die während der Existenz des Wollhaarmammuts als Art entstanden sind“, sagt der leitende Autor Love Dalén, Professor für evolutionäre Genomik am Zentrum für Paläogenetik in Stockholm. „Dies ermöglicht es uns, Evolution in Echtzeit zu studieren, und wir können sagen, dass diese spezifischen Mutationen einzigartig für Wollhaarmammuts sind und bei ihren Vorfahren nicht existierten.“

Nicht überraschend ist, dass viele Gene der Wollhaarmammuts mit dem Leben in kalten Umgebungen assoziiert sind. Einige dieser Gene kommen auch bei nicht verwandten arktischen Säugetieren vor. „Wir haben einige hochentwickelte Gene im Zusammenhang mit Fettstoffwechsel und Fettspeicherung gefunden, die auch bei anderen arktischen Arten wie Rentieren und Eisbären vorkommen. Das bedeutet, dass es wahrscheinlich konvergente Evolution für diese Gene bei kälteangepassten Säugetieren gibt“, sagt Díez-del-Molino.

Während frühere Studien die Genome von ein oder zwei Wollhaarmammuts untersucht haben, ist dies der erste Vergleich einer großen Anzahl von Mammut-Genomen. Diese Stichprobengröße ermöglichte es dem Team, Gene zu identifizieren, die bei allen Wollhaarmammutsarten gemeinsam waren und daher wahrscheinlich anpassungsfähig waren, im Gegensatz zu genetischen Mutationen, die möglicherweise nur bei einem einzelnen Individuum vorhanden waren.

„Wir haben festgestellt, dass einige der Gene, die zuvor für wollhaarige Mammuts als besonders galten, tatsächlich zwischen Mammutarten variabel sind, was bedeutet, dass sie wahrscheinlich nicht so wichtig waren“, sagt Díez-del-Molino. Insgesamt teilte das 700.000 Jahre alte Chukochya-Genom etwa 91,7% der Mutationen, die proteinverändernde Veränderungen bei den moderneren Wollhaarmammutarten verursachten. Das bedeutet, dass viele der charakteristischen Merkmale des Wollhaarmammuts, einschließlich des dicken Fells, des Fettstoffwechsels und der Fähigkeit zur Kälteempfindung, wahrscheinlich bereits vorhanden waren, als das wollhaarige Mammut erstmals von seinem Vorfahren, dem Steppenmammut, abwich.

Diese Merkmale entwickelten sich jedoch bei den Nachkommen von Chukochya weiter. „Die allerersten Wollhaarmammuts waren noch nicht vollständig entwickelt“, sagt Dalén. „Sie hatten möglicherweise größere Ohren, und ihr Fell war anders - vielleicht weniger isolierend und flauschig im Vergleich zu späteren Wollhaarmammuts.“ Modernere wollhaarige Mammutarten hatten auch mehrere immunologische Mutationen in T-Zell-Antigenen, die bei ihrem Vorfahren nicht zu sehen waren. Die Autoren spekulieren, dass diese Mutationen eine verbesserte zellvermittelte Immunität gegen aufkommende virale Pathogene verliehen haben könnten.

Die Arbeit mit alter Mammut-DNA bringt eine Vielzahl von Schwierigkeiten mit sich. „Jeder einzelne Schritt ist ein bisschen schwieriger als der vorhergehende, von der Feldarbeit über die Laborarbeit bis hin zur Bioinformatik“, sagt Díez-del-Molino. „Abgesehen von der Feldarbeit, bei der wir sowohl mit Eisbären als auch mit Moskitos kämpfen mussten, ist ein weiterer Aspekt, dass man sich in diesen Ganzkörperanzug mit Kapuze und Gesichtsmaske und Visier und doppelten Handschuhen kleiden muß, sodass die Laborarbeit ziemlich unangenehm ist, um es milde auszudrücken“, sagt Dalén. "Ich möchte Marianne Dehasque, die zweite Autorin dieser Arbeit, hervorheben, die die Herkulesarbeit übernommen hat, die Laborarbeit an den meisten dieser Proben durchzuführen."

Alle Mammutarten, deren Genome in diese Studie einbezogen wurden, stammen aus Sibirien, aber die Forscher hoffen, in Zukunft auch nordamerikanische Mammutarten zu vergleichen. „Wir haben vor ein paar Jahren gezeigt, dass es Genfluss zwischen Wollhaarmammuts und den Vorfahren der kolumbianischen Mammuts gibt, also müssen wir das erklären, weil nordamerikanische Wollhaarmammuts möglicherweise auch Nicht-Wollhaarmammut-Gene in sich trugen“, sagt Dalen.


Diese Newsmeldung wurde mit Material ScienceDaily erstellt


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