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백만년 된 매머드에서 가장 오래된 DNA를 시퀀싱했다. 새로운 연구에서 영구 동토층 퇴적물에서 발견된 유해에서 120만년 정도 된 거대한 DNA를 회수할 수 있음을 보여준다. 유전정보의 구성을 연구하는 이 DNA의 염기 서열을 분석함으로써 이전에 설명되지 않은 매머드의 혈통, 매머드 종의 잡종 기원 등을 발견했다.

https://singularityhub.com/2021/02/21/we-sequenced-the-oldest-ever-dna-from-million-year-old-mammoths/

JM Kim | 기사입력 2021/02/23 [00:51]

백만년 된 매머드에서 가장 오래된 DNA를 시퀀싱했다. 새로운 연구에서 영구 동토층 퇴적물에서 발견된 유해에서 120만년 정도 된 거대한 DNA를 회수할 수 있음을 보여준다. 유전정보의 구성을 연구하는 이 DNA의 염기 서열을 분석함으로써 이전에 설명되지 않은 매머드의 혈통, 매머드 종의 잡종 기원 등을 발견했다.

https://singularityhub.com/2021/02/21/we-sequenced-the-oldest-ever-dna-from-million-year-old-mammoths/

JM Kim | 입력 : 2021/02/23 [00:51]

대부분의 사람들은 매머드를 약 12,000년 전에 끝난 마지막 빙하기의 상징적인 양털 종이라고 생각한다. 그러나 매머드는 약 5백만년 전에 아프리카에서 시작되어 유라시아와 북미 전역에 퍼지고 다양해졌다.

약 백만년 전에 시베리아에 서식하는 매머드의 한 종인 대초원 매머드가 있었다. 이것은 털북숭이와 콜롬비아 매머드와 같은 후기 종의 조상으로 생각되었다. 하지만 그랬을까?

새로운 연구에서 우리는 영구 동토층 퇴적물에서 발견된 유해에서 120만년 정도 된 거대한 DNA를 회수할 수 있음을 보여준다. 유전정보의 구성을 연구하는 이 DNA의 염기 서열을 분석함으로써 우리는 이전에 설명되지 않은 매머드의 혈통, 매머드 종의 잡종 기원 등을 발견했다.

 

백 만년 된 DNA 시퀀싱

2017년에 우리는 시베리아 영구 동토층에서 시간 내에 얼어붙은 매우 오래된 매머드 이빨에서 샘플을 받았다. 며칠 후, 우리 동료인 Patrícia Pečnerová는 가장 오래된 알려진 매머드 샘플 중 일부에서 DNA를 추출하는 명확한 작업을 수행하여 실험실로 향했다. 그녀는 성공했다.

몇 주 후, 우리는 의심할 여지없이 아프리카 사바나 코끼리 게놈과 일치하는 수백만 개의 DNA 서열을 조사했다. 우리가 시퀀싱하는 각 매머드 게놈의 직소 퍼즐을 조립하는 데 사용하는 모델이다. Pečnerová는 매머드의 진화를 위한 가계도와 같은 빠른 계통 발생 수를 만들어 우리에게 보여주었다. 그것은유레카!”가 아니었다. 영화에서와 같은 순간이지만 닫았다.

이 서열이 실제로 매우 오래된 거대한 DNA인지 확인하는 데 오랜 시간이 걸렸다. 예를 들어, 고대 DNA는 특징적이고 잘 알려진 화학적 손상 패턴을 보여준다. 이로 인해 일부 유전자 분석에 문제가 발생할 수 있지만 이러한 패턴을 나타내지 않는 현대 오염 물질에서 진정한 고대 DNA를 분리하는데도 도움이 된다. 우리의 매머드 시퀀스는 예상되는 패턴을 보여주었다.

DNA 서열은 또한 매우 오래된 DNA의 또 다른 특징을 가지고 있었다. 영구 동토층에서 채취한 더 젊고 잘 보존된 매머드 샘플에서 발견되는 더 긴 DNA 염기 서열 대신 우리는 짧은 DNA 염기 서열만 가지고 있었다.

이것은 더 짧은 서열이 게놈의 정확한 위치에 점점 더 어려워지기 때문에 또 다른 문제를 일으켰다. 또한 오염과 혼동될 수 있다. 이를 피하기 위해 우리는 고통스럽지만 필요한 특정 길이 임계 값 이하의 모든 시퀀스를 폐기해야 했다.

 

시베리아의 털북숭이 매머드 엄니. 이미지 출처: Love Dalén, 저자 제공

 

잃어버린 계보와 하이브리드 기원

우리는 알려진 모든 매머드 종의 맥락에서 샘플을 넣으려고 노력했다. 우리의 결과는 110만년 된 표본 (우리가 Adycha라고 명명한)이 털북숭이 매머드의 조상임을 분명히 보여주었다. 그러나 우리가 Krestovka라고 명명한 120만년 전으로 거슬러 올라가는 또 다른 샘플의 계보를 배치하는 것은 훨씬 더 어려운 것으로 판명되었다. 때로는 콜롬비아 매머드, 때로는 털북숭이 매머드와 밀접한 관련이 있는 것처럼 보였다.

마침내 그 이유를 밝히기 위해 몇 시간의 유전 분석과 토론과 화이트 보드 그리기가 필요했다. 컬럼비아 매머드는 하나의 조상 혈통이 아니라 두 개의 하이브리드 기원을 가지고 있었다.

우리의 결과는 콜롬비아 매머드 조상의 대략 절반이 Krestovka 혈통으로, 나머지 절반은 털북숭이 매머드 혈통으로 추적 될 수 있는 그림을 린다.

이것은 마침내 오래 지속되는 매머드 미스터리를 설명할 수 있다. 왜 지금까지 염기 서열을 분석한 모든 컬럼비아 매머드가 미토콘드리아 게놈 (동물의 어머니로부터 전적으로 유전 정보를 물려받은 유전 정보)이 털북숭이 매머드와 밀접한 관련이 있는 이유를 설명할 수 있다. 이제 우리는 콜롬비아 매머드가 털북숭이 매머드 암컷과 번식하여 미토콘드리아를 얻을 가능성이 있다고 생각한다.

매머드 엄니.  이미지 출처: Gleb Danilov, 작성자 제공

 

진화: 행위에 포착

털북숭이 매머드를 털북숭이 매머드로 만드는 이유를 묻는다면, 대부분의 사람들은 그들의 털북숭이를 언급할 것이다. 그러나 지방 축적 증가, 추위에 대한 더 높은 내성, 수정된 일주기 리듬 등과 같은 북극 환경에 대한 털북숭이 매머드의 다른 특징적인 적응도 많이 있다. 우리는 백만 년 이상 전에 이미 존재하는 것을 발견할 수 있는 그러한 적응의 수를 조사했다. 놀랍게도 우리는 이러한 적응의 대부분이 이미 Adycha의 게놈에 존재한다는 것을 발견했다.

우리는 이 발견이 종의 진화에 대한 연구에 광범위한 영향을 미칠 수 있다고 생각한다. 진화 생물학에는 개체군이 분리된 종이 되는 종 분화 과정에서 적응 속도가 빨라지는지 아니면 좀 더 점진적인 과정인지에 대한 열린 질문이 있다.

우리의 데이터는 털북숭이 매머드의 기원 동안 더 빠른 자연 선택이 작용한다는 증거가 없는 후자의 시나리오를 지원한다. 그리고 털북숭이 매머드의 특징인 대부분의 적응은 백 만년 전에 시베리아 대초원을 배회했던 조상 종에 이미 존재했다.

 

한계는 어디인가?

지금까지 가장 오래된 DNA 염기 서열은 560,000년에서 780,000년 사이의 말 표본에 속했으며 캐나다 유콘에 있는 Thistle Creek의 영구 동토층에서 회수되었다.

우리의 백 만년 된 매머드 샘플은 티슬 크릭 말과 중요한 특징을 공유하며 영하의 영구 동토층에 보존되었다. 죽으면 얼어붙거나 그 직후에 이 유해에서 DNA 분자의 분해는 우리가 그것들을 회수하고 염기 서열을 분석할 때까지 수십만 년 동안 느려졌다.

영구 동토 보존 물질은 더 오래된 DNA의 가능성을 갖고 있다고 생각한다. 그러나 가장 오래된 영구 동토층은 초기 홍적세 ( 260만년 전)로 거슬러 올라 가기 때문에 슬프게도 가능한 것에 대한 상한선을 설정할 수 있다.

 

글쓴이: DAVID DÍEZ-DEL-MOLINO

David Díez-del-Molino는 스톡홀름 대학교 고생물학 센터의 박사후 연구원이다. 그는 인구 유전학과 컴퓨터 게놈학과 생물 정보학의 교차점에서 고대 및 현대 게놈 데이터와 방법을 사용하여 동물 및 인간 인구를 연구하는 데 관심이 있다.

 

 
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