פריצת דרך חדשה מראה שחלק מהמולקולות השבריריות ביותר בביולוגיה יכולות להשתמר לאורך זמן רב יותר מכפי שהמדענים העלו על הדעת. חוקרים פתחו חלון לביולוגיה בזמן אמת של בעלי חיים שנכחדו מזמן, על-ידי פענוח פעילות גנים קדומה משרידים מתקופת הקרח.
הממותות הצמריות שוטטו בעבר במישורים הקפואים של אירואסיה וצפון אמריקה, והיו מותאמות היטב לחיים בתקופת הקרח האחרונה (בערך בין 115,000 ל־11,500 שנים לפני זמננו). עם פרוותן העבה, החטים המעוקלים והגובה המרשים, הן רעו בערבות העצומות שנמתחו על פני חצי הכדור הצפוני. אך עם התחממות האקלים הלכו הממותות ונעלמו בהדרגה, והעדרים האחרונים, הקטנים, שרדו רק באיים ארקטיים מרוחקים עד לפני כ־4,000 שנה.
לראשונה הצליחו חוקרים לחשוף RNA מתקופת הקרח, שנשמר בתוך רקמה של ממותה קפואה בקרח־עד, ובכך לקבל הצצה נדירה לפעילות הגנים בזמן אמת מלפני עשרות אלפי שנים.
״באמצעות RNA אנחנו יכולים לקבל עדות ישירה אילו גנים היו פעילים, וכך להציץ לרגעים האחרונים בחייה של ממותה שהלכה על פני האדמה בתקופת הקרח האחרונה. זו אינפורמציה שלא ניתן לקבל מ־DNA בלבד״, אומר אמיליו מארמול, מחבר המאמר הראשי. הוא היה פוסטדוקטורנט באוניברסיטת שטוקהולם, וכיום עובד במכון Globe בקופנהגן. בתקופתו בשטוקהולם שיתף פעולה עם חוקרים ב־SciLifeLab ובמרכז לפלאוגנטיקה, יוזמה משותפת של אוניברסיטת שטוקהולם והמוזיאון השוודי להיסטוריה של הטבע.
מדוע לא חיפשו עד כה RNA בממותות
הבנת אופן הפעולה של גנים פרהיסטוריים חיונית כדי ללמוד יותר על הביולוגיה והאבולוציה של מינים שאינם קיימים עוד. במשך שנים רבות ניתחו מדענים DNA של ממותות כדי להרכיב את הגנום שלהן ולשחזר את אילן היוחסין שלהן. אך RNA, שמגלה אילו גנים פעילים, נותר מחוץ להישג יד. ההנחה שמולקולות RNA מתפרקות בתוך שעות מרגע המוות כנראה מנעה מחוקרים לנסות בכלל לחפש אותן בממותות ובבעלי חיים עתיקים אחרים.
מה שאיפשר את שחזור מולקולות ה־RNA העתיקות היה השימור יוצא הדופן של החלק התחתון של אחת מרגליו של הממותה 'יוקה', לאחר שהעור הוסר. הניתוח הגנטי במחקר הראה שיוקה היה זכר, אף שבמשך שנים נחשב לנקבה.
״הצלחנו לקבל גישה לרקמות ממותה משומרות היטב, שנחשפו מקרח־העד הסיבירי, וקיווינו שעוד יהיו בהן מולקולות RNA שקפאו בזמן״, מוסיף מארמול.
״בעבר הרחבנו את גבולות השחזור של DNA מעבר למיליון שנה. כעת רצינו לבדוק אם אפשר למתוח גם את גבולות ריצוף ה־RNA רחוק יותר אחורה בזמן, מעבר למה שנעשה עד כה״, אומר לאבה דאלן, פרופסור לגנומיקה אבולוציונית באוניברסיטת שטוקהולם ובמרכז לפלאוגנטיקה.
ה־RNA העתיק ביותר שאי פעם רוצף
הצוות זיהה דפוסים ברורים של פעילות גנים ברקמת שריר קפואה מממותה צעירה בשם יוקה, שחי כמעט לפני 40,000 שנה. אף שהגנום של הממותה כולל יותר מ־20,000 גנים מקודדי־חלבון, רק חלק מהם הראו סימנים לפעילות. ה־RNA ששוחזר תאם חלבונים המעורבים בתהליכים חיוניים כמו כיווץ שריר והתמודדות עם עקה מטבולית.
״מצאנו סימנים לעקה תאית, וזה אולי אינו מפתיע, משום שמחקרים קודמים הציעו שיוקה הותקף על-ידי אריות מערה זמן קצר לפני מותו״, אומר מארמול.
החוקרים זיהו גם שפע של מולקולות RNA רגולטוריות, השולטות בפעילות גנים בדגימות השריר של הממותה.
״RNAs שאינם מקודדים חלבונים, כמו microRNA, היו מהגילויים המסעירים ביותר״, אומר מרק פרידלנדר, מרצה בכיר במחלקה למדעי החיים המולקולריים במכון ונר־גרן באוניברסיטת שטוקהולם וב־SciLifeLab.
״מיקרו־RNA ספציפיים לשריר שמצאנו ברקמות הממותה הם הוכחה ישירה לרגולציית גנים שהתרחשה בזמן אמת בעבר הרחוק. זו הפעם הראשונה שמשהו כזה הושג״, הוא אומר.
המיקרו־RNA שזוהו סייעו גם לאמת שמקור ה־RNA הוא אכן מממותות.
״מצאנו מוטציות נדירות במיקרו־RNA מסוימים, שסיפקו ‘אקדח מעשן’ לכך שהמולקולות הללו הן של ממותה. הצלחנו אפילו לזהות גנים חדשים שהתגלו לראשונה רק ברמת ה־RNA – דבר שלא נעשה מעולם בשרידים עתיקים כל כך״, מציין בסטיאן פרום, מרצה בכיר במוזיאון האוניברסיטאי הארקטי של נורבגיה (UiT).
״התוצאות שלנו מראות שמולקולות RNA יכולות לשרוד הרבה יותר זמן משחשבנו״, אומר לאבה דאלן. ״זה אומר שנוכל לא רק ללמוד אילו גנים היו פעילים במינים שונים שנכחדו, אלא שגם יהיה אפשר לרצף RNA של נגיפים – כמו שפעת וקורונה־וירוסים – שנשמרו בשרידים מתקופת הקרח״.
בעתיד מקווים החוקרים לבצע מחקרים שישלבו RNA פרהיסטורי עם DNA, חלבונים וביומולקולות משומרות נוספות.
״מחקרים כאלה יכולים לשנות מן היסוד את הבנתנו את המגה־פאונה שנכחדה וכן מינים אחרים, ולחשוף שכבות נסתרות רבות של ביולוגיה שקפאה בזמן עד היום״, מסכם מארמול.
שאלות ותשובות
מה גילו החוקרים ברקמה של הממותה יוקה?
החוקרים בודדו וריצפו לראשונה מולקולות RNA מממותה צמרית שחייתה לפני כמעט 40,000 שנה ונשמרה בקרח־העד הסיבירי. לפי המחקר, שפורסם בכתב העת Cell, אלו רצפי ה־RNA העתיקים ביותר שזוהו אי פעם.
מה מוסיף ה־RNA על המידע שמתקבל מ־DNA?
ה־RNA מספק עדות ישירה אילו גנים היו פעילים, מידע שלא ניתן לקבל מ־DNA בלבד. מתוך יותר מ־20,000 גנים מקודדי־חלבון בגנום הממותה, רק חלק הראו סימני פעילות, ובהם גנים הקשורים לכיווץ שריר ולהתמודדות עם עקה מטבולית.
מדוע חוקרים כמעט לא חיפשו RNA בשרידים עתיקים?
ההנחה הרווחת הייתה שמולקולות RNA מתפרקות בתוך שעות מרגע המוות, וזו כנראה מנעה מחוקרים לנסות לחפש אותן בממותות ובבעלי חיים עתיקים אחרים.
איך וידאו החוקרים שה־RNA אכן שייך לממותה?
הם נעזרו במיקרו־RNA ספציפיים לשריר שנמצאו ברקמות. מוטציות נדירות במיקרו־RNA מסוימים סיפקו, לדברי החוקרים, 'אקדח מעשן' לכך שהמולקולות הן של ממותה.
מה עשוי המחקר לאפשר בעתיד?
לפי החוקרים, ניתן יהיה ללמוד אילו גנים היו פעילים במינים שנכחדו, וגם לרצף RNA של נגיפים, כמו שפעת וקורונה־וירוסים, שנשמרו בשרידים מתקופת הקרח. הם מקווים לשלב בעתיד RNA פרהיסטורי עם DNA, חלבונים וביומולקולות משומרות נוספות.