Палеогенетика
| Часть серии о |
| Палеонтология |
|---|
 |
| Палеонтологический портал Категория |
Палеогенетика – это изучение прошлого посредством изучения сохранившегося генетического материала останков древних организмов. [1] [2] Эмиль Цукеркандл и Лайнус Полинг ввели этот термин в 1963 году, задолго до секвенирования ДНК последовательностей прошлых , в отношении возможной реконструкции соответствующих полипептидных организмов. [3] Первая последовательность древней ДНК , выделенная из музейного образца вымершей квагги , была опубликована в 1984 году группой под руководством Аллана Уилсона . [4]
Палеогенетики не воссоздают реальные организмы, а собирают воедино древние последовательности ДНК, используя различные аналитические методы. [5] Окаменелости являются «единственными прямыми свидетелями вымерших видов и эволюционных событий». [6] а обнаружение ДНК в этих окаменелостях дает гораздо больше информации об этих видах, возможно, о всей их физиологии и анатомии.
Самая древняя на сегодняшний день последовательность ДНК была обнаружена в феврале 2021 года из зуба сибирского мамонта , замороженного более миллиона лет. [7] [8]
Приложения
[ редактировать ]Эволюция
[ редактировать ]Подобные последовательности часто обнаруживаются вдоль ДНК (и производных белковых полипептидных цепей) у разных видов. Это сходство напрямую связано с последовательностью ДНК ( генетического материала организма). Из-за маловероятности того, что это случайный случай, и его постоянства слишком долго, чтобы его можно было объяснить конвергенцией путем естественного отбора , эти сходства можно правдоподобно связать с существованием общего предка с общими генами. Это позволяет сравнивать последовательности ДНК между видами. Сравнение древней генетической последовательности с более поздними или современными можно использовать для определения родственных связей, тогда как сравнение двух современных генетических последовательностей может определить с точностью до ошибки время, прошедшее с момента их последнего общего предка . [3]
Эволюция человека
[ редактировать ]С помощью бедренной кости женщины -неандертальца было восстановлено 63% генома неандертальца и расшифровано 3,7 миллиарда оснований ДНК. [9] [10] Оно показало, что Homo neanderthalensis был ближайшим из ныне живущих родственников Homo sapiens, пока первая линия не вымерла 30 000 лет назад. неандертальца Было показано, что геном находится в пределах диапазона вариаций генома анатомически современного человека, хотя и находится на дальней периферии этого диапазона вариаций. Палеогенетический анализ также предполагает, что неандертальцы имели немного больше ДНК, чем шимпанзе, чем homo sapiens . [10] Было также обнаружено, что неандертальцы были менее генетически разнообразны, чем современные люди, что указывает на то, что Homo neanderthalensis вырос из группы, состоящей из относительно небольшого числа особей. [10] Последовательности ДНК позволяют предположить, что Homo sapiens впервые появился примерно между 130 000 и 250 000 лет назад в Африке . [10]
Палеогенетика открывает много новых возможностей для изучения эволюции и расселения гоминид. Анализируя геномы останков гоминидов , можно проследить их происхождение до того места, откуда они пришли, или от того места, где у них был общий предок. Денисовский гоминид , вид гоминида, обнаруженный в Сибири , из которого удалось извлечь ДНК, может демонстрировать признаки наличия генов, которых нет ни в геноме неандертальца, ни в геноме Homo sapiens , возможно, представляя новую линию или вид гоминид. [11]
Эволюция культуры
[ редактировать ]Изучение ДНК может дать представление об образе жизни людей прошлого. ДНК неандертальцев показывает, что они жили небольшими временными сообществами. [10] Анализ ДНК также может выявить диетические ограничения и мутации, например тот факт, что Homo neanderthalensis страдал непереносимостью лактозы . [10]
Археология
[ редактировать ]Древняя болезнь
[ редактировать ]Изучение ДНК умерших также позволяет нам взглянуть на историю болезни человеческого рода. Оглядываясь назад, мы можем узнать, когда определенные болезни впервые появились и начали поражать людей.
Эци
[ редактировать ]самый старый случай болезни Лайма В геноме обнаружен [ нужны разъяснения ] об Эци-Ледяном человеке . [12] Эци умер около 3300 г. до н. э., его останки были обнаружены замороженными в Восточных Альпах в начале 1990-х годов, а его генетический материал был проанализирован в 2010-х годах. [12] генетические остатки бактерии, вызывающей болезнь Лайма, Borrelia burgdorferi . В организме были обнаружены [12]
Одомашнивание животных
[ редактировать ]С помощью палеогенетики можно исследовать не только людей прошлого, но и организмы, на которые они оказали влияние. Путем изучения различий, обнаруженных у одомашненных видов, таких как крупный рогатый скот , и археологических данных от их диких собратьев; можно изучить эффект одомашнивания, что могло бы многое рассказать нам о поведении культур, которые их одомашнили. Генетика этих животных также обнаруживает черты, не обнаруженные в палеонтологических останках, например, некоторые подсказки относительно поведения, развития и взросления этих животных. Разнообразие генов также может сказать, где этот вид был одомашнен и как эти виды мигрировали из этих мест в другие места. [6]
Проблемы
[ редактировать ]Древние останки обычно содержат лишь небольшую часть исходной ДНК организма. [3] [13] Это происходит из-за деградации ДНК в мертвых тканях в результате биотического и абиотического распада. Сохранение ДНК зависит от ряда характеристик окружающей среды, включая температуру, влажность, кислород и солнечный свет. Останки из регионов с высокой температурой и влажностью обычно содержат меньше неповрежденной ДНК, чем останки из вечной мерзлоты или пещер, где останки могут сохраняться в холодных условиях с низким содержанием кислорода в течение нескольких сотен тысяч лет. [14] Кроме того, ДНК разлагается гораздо быстрее после раскопок материалов, а свежевыкопанная кость имеет гораздо больше шансов содержать жизнеспособный генетический материал. [6] После раскопок кость также может быть загрязнена современной ДНК (т.е. в результате контакта с кожей или нестерильными инструментами), что может привести к ложноположительным результатам. [6]
См. также
[ редактировать ]- Родовая реконструкция
- Реконструкция наследственной последовательности
- Древняя ДНК
- Геномика древних патогенов
- Археогенетика
- Молекулярные часы
- Палеобиохимия
- Палеогеномика
- Палеовирусология
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Браун Т.А., Браун К.А. (октябрь 1994 г.). «Древняя ДНК: использование молекулярной биологии для изучения прошлого». Биоэссе . 16 (10): 719–726. дои : 10.1002/bies.950161006 . ПМИД 7980476 . S2CID 27567988 .
- ^ Паабо С., Пойнар Х., Серр Д., Янике-Деспре В., Хеблер Дж., Роланд Н. и др. (2004). «Генетический анализ древней ДНК» . Ежегодный обзор генетики . 38 : 645–679. дои : 10.1146/annurev.genet.37.110801.143214 . ПМИД 15568989 .
- ^ Перейти обратно: а б с Полинг Л., Цукеркандл Э., Хенриксен Т., Лёвстад Р. (1963). «Химическая палеогенетика: молекулярные исследования «восстановления» вымерших форм жизни» . Acta Chemica Scandinavica . 17 (доп.): 9–16. doi : 10.3891/acta.chem.scand.17s-0009 .
- ^ Хигучи Р., Боуман Б., Фрейбергер М., Райдер О.А., Уилсон А.С. (1984). «Последовательности ДНК квагги, вымершего представителя семейства лошадей». Природа . 312 (5991): 282–284. Бибкод : 1984Natur.312..282H . дои : 10.1038/312282a0 . ПМИД 6504142 . S2CID 4313241 .
- ^ Гиббонс А. (декабрь 2010 г.). «Крошечные машины времени возвращаются к древней жизни» . Наука . 330 (6011): 1616. Бибкод : 2010Sci...330.1616G . дои : 10.1126/science.330.6011.1616 . ПМИД 21163988 . «Палеогенетика: раскрытие давних тайн ДНК» . Научно-техническая история . 6 марта 2011 г. Архивировано из оригинала 18 октября 2015 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д Гейгл Э.М. (2008). «Палеогенетика приручения крупного рогатого скота: методологические проблемы изучения ископаемых костей, сохранившихся в центре приручения крупного рогатого скота в Юго-Западной Азии». Comptes Рендус Палевол . 7 (2–3): 99–112. Бибкод : 2008CRPal...7...99G . дои : 10.1016/j.crpv.2008.02.001 .
- ^ Хант К. (17 февраля 2021 г.). «Самая старая в мире ДНК секвенирована у мамонта, жившего более миллиона лет назад» . Новости CNN . Проверено 17 февраля 2021 г.
- ^ Каллауэй Э (февраль 2021 г.). «Геномы мамонтов возрастом в миллион лет побили рекорд древнейшей древней ДНК » Природа . 590 (7847): 537–538. Бибкод : 2021Natur.590..537C . дои : 10.1038/d41586-021-00436-x . ПМИД 33597786 .
- ^ Грин Р.Э., Краузе Дж., Бриггс А.В., Маричич Т., Стензель У., Кирхер М. и др. (май 2010 г.). «Проект последовательности генома неандертальца» . Наука . 328 (5979): 710–722. Бибкод : 2010Sci...328..710G . дои : 10.1126/science.1188021 . ПМК 5100745 . ПМИД 20448178 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Саэй Т.Д. (2009). «История первая: команда расшифровывает ДНК неандертальца: черновик генома может раскрыть секреты эволюции человека». Новости науки . 175 (6): 5–7. дои : 10.1002/scin.2009.5591750604 .
- ^ Зорич З. (2010). «Расшифрованный геном неандертальца» . Археология . 63 (4). Археологический институт Америки.
- ^ Перейти обратно: а б с Келлер А., Грефен А., Болл М., Мацас М., Буагерен В., Майкснер Ф. и др. (февраль 2012 г.). «Новое понимание происхождения и фенотипа тирольского ледяного человека, полученное с помощью полногеномного секвенирования» . Природные коммуникации . 3 (2): 698. Бибкод : 2012NatCo...3..698K . дои : 10.1038/ncomms1701 . ПМИД 22426219 .
- Парри В. (28 февраля 2012 г.). «Ледяной человек может содержать самые ранние доказательства болезни Лайма» . ДискавериНьюс . Архивировано из оригинала 1 марта 2012 г.
- ^ Каплан М. (10 октября 2012 г.). «Период полураспада ДНК составляет 521 год» . Новости природы . дои : 10.1038/nature.2012.11555 . S2CID 138901719 .
- ^ Викман Ф (5 февраля 2013 г.). «Каков срок годности ДНК?» . Сланец .