От миллиона лет до исчезновения: что говорит ДНК мамонтов?

Последние мамонты на Земле пережили столетия генетического дрейфа, прежде чем вымерли около 4000 лет назад, но истинная причина их исчезновения остается неизвестной.

Исследование, опубликованное в журнале Cell , выявило, что последние мамонты не вымерли из-за близкородственного скрещивания, несмотря на то, что обитали на удаленном острове у побережья Сибири. Исследователи проанализировали 21 геном шерстистого мамонта, чтобы понять, какую роль сыграло генетическое разнообразие в их вымирании.

Шерстистые мамонты (Mammuthus primigenius) были крупными родственниками слонов, приспособленными к холодному климату и покрытыми густой шерстью. Последние из них обитали на острове Врангеля, который был отрезан от материковой Азии около 10 000 лет назад из-за повышения уровня моря. Мамонты острова Врангеля вымерли сравнительно недавно, деля планету с Великими пирамидами Гизы, построенными около 2560 года до н.э. Однако обстоятельства их вымирания остаются загадкой. Новое исследование не выявило точную причину исчезновения животных, но установило, что сниженное генетическое разнообразие не стало основной причиной.

«Генетическое разнообразие в популяции очень важно для устойчивости к изменениям окружающей среды», — говорит Марианна Деаске, генетик из Центра палеогенетики в Стокгольме и ведущий автор исследования. «Мы считаем, что причина гибели последней популяции мамонтов была очень быстрой и внезапной», добавляет она. Однако до тех пор, пока не удастся получить геном, близкий к моменту вымирания мамонтов, это останется предположением.

Команда проанализировала 21 высококачественный геном мамонтов, возраст которых варьируется от примерно 52 300 лет до 4333 лет назад, незадолго до их вымирания. Четырнадцать из этих геномов принадлежали особям с острова Врангеля, а семь — сибирским популяциям, существовавшим до отделения острова от материка. Исследователи провели симуляции популяции мамонтов острова Врангеля, чтобы определить возможные сценарии их происхождения, а также то, как популяция изменялась на протяжении поколений. Было установлено, что популяция острова Врангеля, вероятно, началась всего с восьми особей. После этого события почти вымирания, популяция быстро увеличилась до нескольких сотен особей за следующие 20 поколений и существовала еще 6000 лет до окончательного исчезновения.

«Мы также видим в геномных данных, что отдельные мамонты страдали от вредных мутаций на протяжении тысяч лет после узкого генетического бутылочного горлышка, хотя это так называемое депрессия инбридинга не было достаточно сильным, чтобы вызвать постепенное вымирание популяции», — говорит Лав Дален, эволюционный генетик из Центра палеогенетики и соавтор статьи. «В целом, эти результаты опровергают ранние гипотезы о том, что генетические проблемы стали причиной вымирания, и вместо этого указывают на быстрые изменения в окружающей среде как причину вымирания около 4000 лет назад, такие как болезнь, климатические изменения или лесной пожар».

Дален отметил, что большинство живых существ рождают больше потомков, чем необходимо для поддержания стабильной популяции, но различные факторы могут уменьшить размер популяции и вызвать депрессию инбридинга и генетический дрейф. Хотя отдельные мамонты могли испытывать негативные последствия инбридинга, популяция в целом смогла выдержать эти вредные эффекты. Согласно исследованию, популяции острова Врангеля проявляли признаки очистки от самых вредных мутаций, но продолжали накапливать умеренно вредные мутации до момента вымирания.

Кроме генетической информации, бивни мамонтов хранят множество данных о жизни доисторических животных, от их рациона до сражений с другими мамонтами. В начале этого года команда ученых отследила передвижения мамонта возрастом 14 000 лет по Аляске, изучая изотопы в его бивне. В 2021 году другая команда, в которую входили Дален и Деаске, обнаружила самую древнюю ДНК из бивня мамонта возрастом около миллиона лет.

Хотя исследование не решает загадку вымирания последних мамонтов, ученые приближаются к ответу. Они планируют изучить еще более молодую ДНК мамонтов, живших ближе к моменту вымирания. «У нас есть несколько образцов мамонтов, возраст которых около 4100 лет», — говорит Деаске. «Качество ДНК в этих образцах не очень хорошее, но методы постоянно совершенствуются, и, надеемся, скоро у нас будут геномные данные хотя бы для одного из этих образцов».

Несмотря на то, что точная причина гибели мамонтов острова Врангеля остается неясной, уже ясно, что климатические изменения сыграли свою роль. Исследование, опубликованное в 2021 году другой командой ученых, установило, что изменение климата — выход нашей планеты из последнего ледникового периода — уменьшило количество пищевых ресурсов для мамонтов, что в конечном итоге привело к их вымиранию.

Ученые все ближе подбираются к разгадке, что именно привело к исчезновению ледниковых гигантов. Независимо от причины, это может послужить уроком для других небольших популяций животных, таких как очаровательный, но сильно инбредный какапо из Новой Зеландии и калифорнийская морская свинья, из которых осталось всего около десяти особей.

Иногда вымирание происходит медленно, а затем внезапно. Случай с шерстистыми мамонтами подтверждает эту тенденцию, но что окончательно их погубило, еще предстоит выяснить.