Geschiedenis en Cultuur

Oudste genoom ter wereld onttrokken aan 700.000 jaar oud paarden-DNA.

Het 700.000 jaar oude bot van een paardenbeen heeft ’s werelds oudste complete genoom opgeleverd.

Door Jane J. Lee
Foto's Van Michael Nichols, National Geographic

27 juni 2013

DNA biedt nieuwe inzichten in het verleden en brengt informatie aan het licht die fossielen ons niet geven. Maar hoe ver kunnen dankzij DNA in het verleden terugkijken? Enkele van de oudste DNA-sequenties zijn afkomstig uit fossielen van een mastodont en een ijsbeer, die respectievelijk 50.000 en 110.000 jaar oud zijn. Maar in een nieuwe studie die vandaag in het tijdschrift Nature verscheen, wordt bericht over de laatste pogingen om steeds oudere DNA-sequenties samen te stellen. Monsters uit een ruim 700.000 jaar oud bot van een paardenbeen hebben nu het oudste volledige genoom tot dusver opgeleverd.

"We wisten dat sequenties van oude genomen van 70.000 of 80.000 jaar geleden mogelijk zijn”, zei Ludovic Orlando, evolutionair geneticus van het Natuurhistorisch Museum van Denemarken aan de Universiteit van Kopenhagen. "Dus zeiden we: waarom gaan we niet nog verder terug in de tijd?" Het genoom van het paard uit het Pleistoceen dat Orlando en zijn collega’s samenstelden, hielp hen bij de constatering dat de voorouder van moderne paardachtigen – de Equus-lijn waaruit de moderne paarden, zebra’s en ezels zijn voortgekomen – zich tussen de 4 en 4,5 miljoen jaar geleden ontwikkelde, zo’n 2 miljoen jaar eerder dan werd aangenomen.

Dankzij het oude paardengenoom kon het team ook een evolutionaire verwantschap vaststellen tussen moderne, gedomesticeerde paarden en het bedreigde Przewalskipaard, dat inheems is op de Mongoolse steppen en het laatste, nog levende ras van wilde paarden vertegenwoordigt. Het team ontdekte dat het Przewalskipaard een afsplitsing was van de lijn die gedomesticeerde paarden heeft voortgebracht. De beide groepen splitsten zich rond 50.000 jaar geleden. Van het Przewalskipaard werd ooit gedacht dat het in het wild was uitgestorven, maar kon op basis van een populatie in gevangenschap, van enkele tientallen dieren, toch weer in het wild worden uitgezet.

Hoewel uit dit aantal mag blijken dat de genetische diversiteit van de soort op termijn misschien te klein zal zijn om te kunnen overleven, laat de studie zien dat het Przewalskipaard feitelijk een grotere genetische diversiteit heeft dan gedomesticeerde soorten als Arabische en IJslandse paarden. "We denken dat het Przewalskipaard over genoeg genetische diversiteit beschikt om de beschermingspogingen haalbaar te doen zijn," zei Orlando.

Koude opslag

Het onttrekken van oeroude genomen aan fossielen uit een ver verleden is een intensief laboratoriumwerk, en de tijd die ermee overbrugd kan worden, is aan grenzen gebonden. Uit onderzoek naar het halveringstijd van DNA blijkt dat DNA-sequenties zelfs onder ideale omstandigheden te kort zijn om te kunnen worden ‘gelezen’ als ze ouder zijn dan anderhalf miljoen jaar. Dus is het zeer onwaarschijnlijk dat er ooit DNA zal worden gevonden in dinosauriërs, omdat deze dieren 65 miljoen jaar geleden uitstierven, afgezien van de afstammingslijn die tot de moderne vogels heeft geleid. Maar de omgeving waarin een oeroud DNA-monster bewaard blijft, kan de tijd dat het DNA nog leesbaar blijft, aanzienlijk verlengen. "Koud is goed", zei Orlando. Bevroren nog beter, omdat er dan geen vloeibaar water aanwezig is om de DNA-moleculen aan te tasten. Het vijftien centimeter lange bot van het paardenbeen dat het team analyseerde, was afkomstig uit het Yukon Territory in westelijk Canada. Dankzij de permafrost zijn de resten gedurende zo’n 735.000 jaar in een soort koude opslag bewaard gebleven, voordat wetenschappers ze in 2003 opgroeven.

Om te bepalen of er nog biologische moleculen in het monster aanwezig waren, onderzochten Orlando en zijn collega’s eerst of ze aminozuren van het collageen – een proteïne dat in botten wordt gevonden – konden vinden. Nadat ze die proteïnen hadden gevonden en succesvol hadden gesequentieerd, probeerden de onderzoekers DNA aan het oude paardenbot te onttrekken. Zoals bij de meeste oude fossielen was het meeste DNA dat ze vonden, afkomstig van bacteriën die het gebeente hadden gekoloniseerd nadat het paard was gestorven. Het team gebruikte DNA van moderne paarden als referentie en wist aan de hand daarvan ‘endogeen’ DNA te identificeren, oftewel DNA dat tot het oerpaard zelf behoorde. "We sequentieerden 12 miljard DNA-moleculen, waarvan 40 miljoen van paarden-DNA kwamen," zei Orlando. "Er zat dus een klein beetje paarden-DNA in een oceaan van microbieel DNA.”

Een nieuwe wereld

Het onttrekken van een genoom dat bijna tienmaal zo oud is als eerdere genoominformatie opent een heel scala van nieuwe mogelijkheden voor genetisch onderzoek op fossielen, waaronder mogelijk fossielen van oude mensachtigen – mits deze in koelere milieus leefden. "Zeg het maar – wat is je favoriete beest uit het Pleistoceen?" schreef Hendrik Poinar, evolutionair geneticus aan de McMaster University in Ontario, Canada, in een e-mail. Poinar was niet betrokken bij de huidige studie maar zou die graag toegepast zien worden op de evolutie van de olifant. "Dat zou oplossingen kunnen aandragen voor problemen met betrekking tot de flexibiliteit in beharing en omvang, en de manier waarop deze dieren zich aan zeer uiteenlopende ecologieën aanpasten." Het verraste hem niet dat de onderzoekers in staat waren een compleet genoom van 700.000 jaar geleden samen te stellen. Het kost gewoon veel tijd en geld, zei Poinar. Maar hij wijst erop dat het bij het sequentiëren van oergenomen meer gaat om preservatie in de verschillende milieus dan om de leeftijd van de monsters. "Ik weet zeker dat er binnenkort oudere genomen zullen worden gevonden."