توصل فريق من العلماء إلى اكتشاف مذهل في الجزيئات الصغيرة لمخلوق عملاق: بنية جينومية محفوظة بشكل لا تشوبه شائبة في بقايا حيوان الماموث الصوفي التي يبلغ عمرها 52 ألف عام. الجلد المجفف محفوظ بشكل جيد لدرجة أنه يحتوي على كروموسومات الماموث السليمة، مما يمنح الباحثين نظرة غير مسبوقة على بيولوجيا الحيوان القديم.
انقرضت آخر حيوانات الماموث منذ 4000 عام، وهي الفترة التي كانت كافية لتشييد بعض الأهرامات في مصر بالفعل. ولكن في هذه الدراسة، فحص الفريق عينات من الماموث يعود تاريخها إلى 52000 عام و39000 عام على التوالي، وهي النقطة التي كان البشر الحديثون تشريحياً لا يزالون يتقاسمون الكوكب مع إنسان نياندرتال.
تم العثور على بقايا الماموث في جميع أنحاء السهوب التي تجولوا فيها ذات يوم. غالبًا ما يتم حفظ بقايا البرمائيات المشعرة في التربة الصقيعية – التربة السطحية المجمدة بشكل دائم – على الرغم من أن مراحل الذوبان وإعادة التجميد يمكن أن تلحق الضرر بالهياكل المجهرية في الأنسجة الرخوة للحيوانات. في بعض الأحيان، يكون الحفظ مذهلاً. في عام 2022، على سبيل المثال، تم العثور على عجل ماموث محفوظ تمامًا في منجم ذهب يوكون. لكن الاكتشاف الأخير كشف عن الحفظ على نطاق مختلف تمامًا: الجزيئي. نُشر بحث الفريق اليوم في خلية.
وقال إيريز ليبرمان إيدن، أحد المشاركين في الدراسة وعالم الكمبيوتر وعلم الوراثة التابع لجامعة رايس وكلية بايلور للطب ومعهد برود التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة هارفارد، في مؤتمر صحفي يوم الثلاثاء الماضي: “لقد نظرنا حولنا، وحفرنا، وعندما اقتربنا أخيرًا، رأينا أننا كنا في حضور نوع جديد من الأحافير”.
كيف بقيت الكروموسومات على قيد الحياة لفترة طويلة؟
لا تزال بقايا الماموث الصوفي التي يبلغ عمرها 52000 عامًا والتي فحصها الفريق محتفظة بشعرها على مقياس المليمتر، مما يشير إلى أن الماموث الصوفي قد تجمد فجأة. ووفقًا للفريق، فإن هذا الحفظ يشير إلى أنه تجمد قبل حوالي 10000 عام من انقراض إنسان نياندرتال، حيث يشير الشعر السليم إلى أن عينة الجلد لم تخضع لأي ذوبان منذ ذلك الحين. وبالتالي، احتفظ الحيوان بشعره وبصيلاته وخلاياه السليمة، ونعم، الكروموسومات المطوية داخل مناطقها من الخلية. تمكن فريق البحث بالفعل من رؤية الحلقات الجينية التي تدير ما إذا كان يتم التعبير عن جين معين.
قال ليبرمان إيدن: “هذه العينة المجففة بالتجميد تشكل نوعًا من لحم البقر المجفف”. لحم البقر المجفف هو لحم خضع لعملية التحول الزجاجي، مما يجعله متينًا. عندما تم تجفيفه بالتجميد، أصبح جلد الماموث ازدحامًا جزيئيًا على المستوى المجهري حيث لم تتمكن الكروموسومات من الانتشار. أصبحت عينات الجلد كبسولات زمنية للجزيئات القديمة، وأطلق الفريق على المادة الوراثية المجمدة بسرعة اسم “الكروموجلاس”.
وقال الباحثون إن جودة البقايا سمحت بأول تجميع للجينوم في نوع منقرض. وكان لدى الماموث 28 كروموسومًا، تمامًا مثل الفيل (وعلى عكس البشر، الذين لديهم 23 كروموسومًا). أعاد الفريق بناء كروموسومات الماموث ثلاثية الأبعاد؛ بالنسبة لنا، تبدو وكأنها عقدة جوردية. ولكن بالنسبة للباحثين، فهي لمحة دقيقة بشكل مذهل عن هياكل المجهر التي رسمت مخططًا لعمالقة سهول العصر الجليدي.
قالت سينثيا بيريز استرادا، الباحثة في كلية بايلور للطب والمؤلفة المشاركة في البحث، في المؤتمر الصحفي: “إن التباين الذي يمكنك التقاطه باستخدام جينوم الماموث هذا يفتح بابًا جديدًا للمقارنة بين الأنواع. إن مجرد وجود هذه البصمة لتنظيم الكروماتين في الفضاء ثلاثي الأبعاد أمر لا يصدق”.
لحم البقر المجفف الماموث يحافظ على البنية الجزيئية للكروموسومات سليمة
لقد بذل الفريق كل ما في وسعه لمحاولة محو البنية الجزيئية للكروموجلاس. وفي اختباراتهم، استبدلوا جلد الماموث المجفف بلحم البقر المجفف من نوع بور هيد، والذي كان له نفس البنية على المستوى الجزيئي. غمس الباحثون لحم البقر المصنوع من الكروموجلاس في الماء والحامض والنيتروجين السائل؛ ثم قاموا بتسخينه في الميكروويف، وضربوه بكرات البيسبول ومطرقة؛ ثم دهسوه بسيارة، ووبخوه لفظياً (“ألحقوا به ضرراً عاطفياً”، كما قالوا مازحين في المؤتمر الصحفي)، وأطلقوا عليه قذائف البندقية (كما هو موضح أدناه). وعلى الرغم من تفتت المادة، إلا أن البنية الكروموسومية للمادة ظلت سليمة على نطاق مجهري.
قالت أولجا دودشينكو، الباحثة في علم الجينوم بجامعة رايس وكلية بايلور للطب والمؤلفة المشاركة في البحث، في المؤتمر الصحفي: “إنها أول (كروموسومات محفوظة)”. وأضافت: “نعتقد أنه سيتم العثور على المزيد منها في السنوات القادمة”.
تكشف النتائج الجديدة عن حفظ جزيئي لم يسبق له مثيل في بقايا قديمة. وفي حين تم العثور على الحمض النووي الأقدم – في الواقع، كان عدد قليل من المؤلفين في الورقة الجديدة جزءًا من الفريق الذي نشر بحثًا عن أقدم حمض نووي محفوظ في ذلك الوقت، في أنياب الماموث التي يبلغ عمرها مليون عام – فإن البقايا الموصوفة حديثًا جعلت من الممكن دراسة كيفية التعبير عن جينات الماموث وتجميع جينومه. ينتمي حامل الرقم القياسي الحالي لأقدم حمض نووي متسلسل إلى مساحة من الحمض النووي البيئي المستعاد من شمال جرينلاند، والذي تمكن فريق البحث من إعادة بناء البيئة القديمة في العصر البليستوسيني المبكر.
ماذا يستطيع العلماء أن يفعلوا بالكروموسومات المجمدة فجأة؟
إن الحفاظ على مثل هذه المواد الجزيئية الدقيقة دون عيب قد يكون له آثار على عملية إعادة الأنواع المنقرضة، وهي العملية التي تحاول من خلالها بعض الفرق العلمية والشركات إنتاج أنواع بديلة تمثل في الواقع حيوانات انقرضت مؤخرا. وعلى وجه التحديد، قد يكون تتبع كيفية تنظيم الجينات التي تنظم مقاومة البرد وتعزز نمو الشعر مفيدا للشركات التي تحاول بناء الماموث في القرن الحادي والعشرين. وفي وقت سابق من هذا العام، تمكنت إحدى هذه الشركات – كولوسال بيوساينسز – من إنشاء خلايا جذعية للأفيال، وهي أول خلايا يتم هندستها في حالة جنينية. ومع ذلك، أكد الفريق أن إعادة الأنواع المنقرضة عملية صعبة وليست هدف أبحاثهم.
وقال ليبرمان إيدن: “نحن نوع قوي للغاية على كوكب صغير للغاية، ونتخذ قرارات مهمة بشأن مستقبل نوعنا ومستقبل الحياة على هذا الكوكب، في ظل ظروف مثل تغير المناخ. يتعلق الأمر بقدرتنا على التعلم من الماضي.“
الذكاء الاصطناعي يمكن أن يساعد في فك لغز شجرة الحياة
إن أقرب قريب حي للماموث الصوفي هو الفيل الآسيوي. ويمكن للعلماء فهم جينات الفيل بشكل أفضل باستخدام كروموسومات الماموث. ولكن يمكن لجينات الفيل أيضًا أن تساعد العلماء في فهم الماموث. يمكن للعلماء تقديم سلسلة من الشفرة الوراثية لنماذج الذكاء الاصطناعي وسؤال الذكاء الاصطناعي عن المكان المحتمل لتجمع البروتينات في الماموث، أو كيف يتم طي الجينوم.
وقال ليبرمان أيدن لموقع جيزمودو: “حتى كمية ضئيلة من البيانات حول الماموث عند إدخالها في هذه الذكاء الاصطناعي يمكن أن تؤدي إلى ثروة من المعلومات”. وبجانب الفيل الآسيوي، يمكن لأدوات الذكاء الاصطناعي وضع جينوم الماموث في سياقه على شجرة الحياة. وأضاف ليبرمان أيدن: “تكمن القوة العظيمة للذكاء الاصطناعي في قدرته على أخذ رؤى من كل هذه الأنواع وتوليفها من أجل إعطائك تخمينات جيدة جدًا”.
إن الجمع بين التقنيات الجديدة والأساليب الإبداعية والحظ السعيد يكشف لنا عن العالم القديم على نطاقات لم يسمع بها من قبل. إن فهم الماموث الضخم على المقاييس الجزيئية يساعدنا على فهم الماضي القديم، ولكنه يساعدنا أيضًا في مناقشة الحيوانات الموجودة في المستقبل.