Phục hồi các bộ gen cổ đại từ đất

Phương pháp này được coi là “bước đột phá lớn” đối với lĩnh vực DNA cổ đại.

Trong nghiên cứu mới, nhà cổ sinh vật học phân tử Mikkel Winther Pedersen ở Viện GLOBE của Đại học Copenhagen đã thăm lại hang động Chiquihuite ở miền bắc Mexico. Từ năm 2012, ông và các đồng nghiệp đã phát hiện ở đây những công cụ bằng đá có niên đại khoảng 30.000 năm, và tò mò về những "cư dân" ngoài con người của khu vực này, như gấu cổ đại. Các nhà nghiên cứu đã lấy nhiều mẫu trầm tích ở các tầng khác nhau của nền hang động, và khôi phục DNA từ 48 mẫu trong số các mẫu thu được.

Thay vì chỉ tập trung vào việc lấy DNA phân bào - một lượng nhỏ vật chất di truyền có trong tế bào - như các nghiên cứu DNA cổ đại trước đây, nhóm của Pedersen tìm cách giải trình tự tất cả DNA trong mỗi mẫu. Để làm được việc này, họ sử dụng một kỹ thuật có thể giải mã hàng tỷ base của DNA chỉ trong vài ngày và phát triển phần mềm máy tính để xử lý và phân tích tất cả những dữ liệu đó. Trong giai đoạn phân tích, họ so sánh các đoạn DNA đã được giải trình tự với DNA của gấu đã có trong các cơ sở dữ liệu.

Từ DNA ty thể (chỉ là một phần nhỏ của lượng DNA trong tế bào), các nhà nghiên cứu xác định rằng gấu đen (Ursus americanus) đã sống trong khu vực hang động này trong một thời gian dài - ít nhất là 3.000 năm.

Việc phân tích DNA hạt nhân (DNA nằm trong nhân tế bào của sinh vật) thì phức tạp hơn, vì bộ gen của gấu dài hàng tỷ base, và các đoạn tốt nhất còn lưu giữ được cũng chỉ có vài nghìn base. Vì vậy, nhóm nghiên cứu ghép những đoạn đó lại với nhau và đối chiếu DNA có nguồn gốc từ đất hang động với DNA gấu hiện có.

Cuối cùng, nhóm nghiên cứu đã biên soạn được bộ gen "thô" của ba con gấu đen và một con gấu mặt ngắn khổng lồ (Arctodus simus) - loài vốn đã tuyệt chủng và được phát hiện từ ​​các hóa thạch ở Canada. Pedersen gọi các DNA mà nhóm giải trình tự được là các “bộ gen từ môi trường”, để phân biệt chúng với các bộ gen đầy đủ hiện nay thường thu được từ các vi sinh vật sống.

Các nhà nghiên cứu trước đây chưa biết loài gấu đã sống như thế nào trong thời kỳ băng hà cuối cùng (cách đây 110.000 đến 10.000 năm), và điều gì đã xảy ra với chúng khi hành tinh ấm trở lại. Nhưng bằng cách so sánh bộ gen của gấu đen cổ đại với bộ gen của đồng loại từ khắp Bắc Mỹ, Pedersen và các cộng sự đã phát hiện ra rằng, khi băng tan dần trên khắp Bắc Mỹ, một số con gấu đen đã tiến xa về phía bắc đến Alaska. Những con khác thì giao phối với gấu đen đến từ phía tây, và con cháu của chúng sau đó sinh sống ở Tây Nam nước Mỹ.

Theo Pedersen, việc biết mối quan hệ giữa những con gấu sống ở những nơi khác nhau có thể quan trọng đối với các nỗ lực bảo tồn.

Không chỉ cung cấp những hiểu biết sâu sắc về lịch sử loài gấu Bắc Mỹ, công bố của nhóm trên tạp chí Current Biology còn là “bằng chứng về một cách tiếp cận mới”, theo Ron Pinhasi, nhà nhân chủng học vật lý tại Đại học Vienna, người đã nghiên cứu DNA cổ đại trong 10 năm và cũng đang giải trình tự bộ gen từ đất. “Họ giới thiệu cách để phân tích DNA cổ ​​đại từ các mẫu môi trường, tương tự như cách thức hiện đang được thực hiện đối với DNA từ di tích hóa thạch.”