Το 1976, εργάτες που έσκαβαν μια σήραγγα για το σύστημα του μετρό του Τορόντο βρήκαν μερικά πολύ παλιά οστά. Χρησιμοποιώντας χρονολόγηση με ραδιενεργό άνθρακα, οι ερευνητές προσδιόρισαν ότι το μερικό κρανίο και τα θραύσματα των κέρατων ήταν περίπου 12.000 ετών.
Όπως μπορεί να σας πει οποιοσδήποτε έχει ζήσει στο Τορόντο, η αναμονή για ένα τρένο πάνω από ένα δεκαμιλένιο δεν είναι ασυνήθιστη. Αυτό που ήταν ασυνήθιστο, τουλάχιστον στους σημερινούς βιολόγους, ήταν ότι αυτά τα απολιθώματα είναι το μόνο γνωστό δείγμα από Torontoceros hypogaeus, ένα εξαφανισμένο πλέον οπληφόρο. Μέχρι πρόσφατα, το πώς ακριβώς ταίριαζε ο Τοροντοκέρος στην εξελικτική ιστορία ήταν ένα μυστήριο. Αλλά τον Οκτώβριο, οι ερευνητές το ανακάλυψαν αυτό το οπληφόρο ήταν συγγενής του ελαφιού με λευκή ουράένα εύρημα που οφείλεται στα θαύματα της αλληλουχίας DNA.
Πώς ακριβώς όμως οι επιστήμονες εξάγουν DNA από οστά χιλιάδων ετών; Λοιπόν, χρειάζεται ένα αποστειρωμένο εργαστήριο, λίγη γεώτρηση και λίγη καλή τύχη.
Το DNA υπάρχει παντού και αυτό μπορεί να είναι πρόβλημα
Όλοι μας ζούμε σε μια πραγματική σούπα DNA. Κάθε φτέρνισμα και βήχας αφήνει κομμάτια του εαυτού μας να επιπλέουν στον αέρα και να εγκαθίστανται στο έδαφος, αλλά υπάρχουν επίσης αόρατα βακτήρια και ιοί παντού γύρω μας, τα οποία έχουν το δικό τους DNA.
Όπως εξήγησε ο Aaron Shafer, αναπληρωτής καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Trent που ηγήθηκε της έρευνας αλληλουχίας στο Torontoceros, όλο αυτό το DNA που αιωρείται γύρω απαιτεί τη δημιουργία ενός εργαστηρίου που θα μπορεί να κολλήσει με υπεριώδη φώτα για να σκοτώσει τυχόν πιθανούς ρύπους. Οι ερευνητές φορώντας αποστειρωμένη φόρμα «κουνελάκι» και μάσκες N95 στη συνέχεια ανατινάξουν τα απολιθώματα με υπεριώδη ακτινοβολία για άλλη μια φορά, σκοτώνοντας τυχόν ιούς και βακτήρια που προσκολλώνται στο εξωτερικό στρώμα, προτού αφαιρέσουν αυτό το στρώμα ως ένα ακόμη μέτρο στειρότητας. Στη συνέχεια χρησιμοποιείται ένα τρυπάνι για να μπει στο εσωτερικό του οστού, δημιουργώντας μια λεπτή σκόνη.
«Παίρνουμε τη σκόνη και ελπίζετε, με σταυρωμένα δάχτυλα, υπάρχουν κύτταρα σε αυτή τη σκόνη που περιέχουν θραύσματα DNA», λέει ο Shafer.
Μερικές φορές οι εξωτερικές πηγές DNA είναι χρήσιμες
Ενώ οι εξωτερικές πηγές DNA μπορεί να ήταν ένα θέμα για την εργασία του Shafer για το Torontoceros, για άλλους ερευνητές, αυτοί οι ιοί και τα βακτήρια μπορεί να είναι το όλο θέμα της έρευνάς τους. Όταν ο Nicolas Rascovan, βιολόγος στο Ινστιτούτο Παστέρ του Παρισιού, εξέτασε τα δόντια από τα στόματα των στρατιωτών του στρατού του Ναπολέοντα, δεν νοιαζόταν και πολύ για τους στρατιώτες. Αντίθετα, ήθελε να μάθει τι τους σκότωσε καθώς υποχωρούσαν από τη Ρωσία το 1812.
Σε μια πρόσφατη χαρτίπεριέγραψε πώς η αλληλουχία DNA των δοντιών αποκάλυψε ότι οι στρατιώτες είχαν πεθάνει από εντερικό και υποτροπιάζοντα πυρετό. Σε αυτή την περίπτωση, άνοιξαν τα δόντια για να αποκτήσουν πρόσβαση στον οδοντικό πολφό, τον μαλακό ιστό που τροφοδοτείται με αίμα. Από αυτόν τον ιστό, η ομάδα εξήγαγε το DNA των θανατηφόρων βακτηρίων που μετέφεραν οι άτυχοι στρατιώτες.
Πώς να απομονώσετε το DNA
Αφού οι ερευνητές πάρουν τη σκόνη του DNA τους, ήρθε η ώρα να την απομονώσουν. Υπάρχουν ακόμα πολλά πράγματα που δεν είναι DNA, όπως πρωτεΐνες, αναμεμιγμένα στη σκόνη. Για την έρευνα του Rascovan, χρησιμοποίησε χημικά αντιδραστήρια για να διαλύσει τα ανεπιθύμητα πράγματα, ενώ άφησε το DNA που αναζητούσε. Το διάλυμα στη συνέχεια αναμίχθηκε με σκόνη πυριτίου, η οποία έχει θετικό φορτίο, και αναμίχθηκε μαζί με φυγόκεντρο.
«Ένας κλώνος DNA έχει πολλαπλά αρνητικά φορτία», λέει. «Αυτό σημαίνει ότι αν έχετε κάτι που έχει θετικό φορτίο, μπορεί να λειτουργήσει ως μαγνήτης». Αυτός ο μαγνητισμός βοηθά τους κλώνους του DNA να κολλήσουν στο πυρίτιο, ώστε οι κλώνοι να μπορούν στη συνέχεια να διαβαστούν.
Ψηφιοποίηση DNA με φανταχτερά μηχανήματα
Στη συνέχεια, αυτό το φυσικό DNA πρέπει να ψηφιοποιηθεί ώστε να μπορεί να αναλυθεί. Ενώ υπάρχουν πολλά sequencer στην αγορά, ο Rascovan λέει ότι το πιο κοινό είναι ένα μηχάνημα από μια εταιρεία που ονομάζεται Illumina.
Αυτά τα μηχανήματα διαθέτουν ήδη μια βιβλιοθήκη με τεχνητά κατασκευασμένα μόρια DNA, τα οποία ονομάζονται προσαρμογείς, που μπορούν να αναγνωρίσουν. Αυτοί οι προσαρμογείς, οι οποίοι είναι τόσο μικροσκοπικοί που μετρώνται σε angstroms, ή ένα δισεκατομμυριοστό του μέτρου, στη συνέχεια αναμειγνύονται με το αρχικό δείγμα. Οι προσαρμογείς λειτουργούν ως ετικέτες για να βεβαιωθείτε ότι το μηχάνημα Illumina μπορεί να διαβάσει τους κλώνους DNA στους οποίους συνδέονται οι προσαρμογείς.
Το DNA αποτελείται από δισεκατομμύρια ζεύγη δομικών στοιχείων που ονομάζονται νουκλεοτίδια. Το sequencer λειτουργεί ως ένα είδος κάμερας, λαμβάνοντας φωτογραφίες των δειγμάτων και χρησιμοποιώντας τους προσαρμογείς για να αναγνωρίσει τα ζεύγη βάσεων και να τα μεταγλωττίσει σε ένα αρχείο κειμένου. Τα δομικά στοιχεία της ζωής έχουν πλέον μετατραπεί σε ψηφιακά δεδομένα που μπορούν να προβληθούν, να ταξινομηθούν, να αναλυθούν και να συγκριθούν.
Σχετικές ιστορίες Ρωτήστε μας οτιδήποτε
Το αρχαίο DNA μπορεί να είναι δύσκολο να δουλέψεις
Ενώ η αλληλουχία DNA έχει τώρα μια ευρεία γκάμα χρήσεων, από εγκληματολογική εγκληματολογία έως ιατρική έρευνα, μπορεί να είναι ιδιαίτερα δύσκολη η χρήση της για παλαιότερα δείγματα, όπου οι κλώνοι του DNA μπορεί να είναι κατεστραμμένοι ή ατελείς. Ευτυχώς, το DNA έχει αλλάξει σχετικά ελάχιστα μέσα σε εκατομμύρια χρόνια. Για την έρευνα του Shafer, αυτό σήμαινε ότι είναι δυνατό να χρησιμοποιηθούν χημικές αντιδράσεις για να συμπληρώσετε ή να διορθώσετε τυχόν εξαρτήματα που λείπουν ή έχουν σπάσει.
«Αν κοιτάξετε την ίδια περιοχή DNA σε ένα φρέσκο δείγμα και ένα αρχαίο δείγμα, υπάρχουν ορισμένα ζεύγη βάσεων που αποκλίνουν στην αρχαία βάση», λέει. «Αυτή είναι η ένδειξη ότι τους συνέβη κάτι που δεν είναι φυσικό».
Υπάρχει μόνο ένα πρόβλημα: Ο προσδιοριστής αλληλουχίας αναλύει όλο το DNA στο δείγμα, είτε είναι αυτό που αναζητούν οι ερευνητές είτε όχι. Για τον Rascovan, αυτό σημαίνει ότι θα μπορούσε να υπάρχει DNA από τους στρατιώτες και, για τον Shafer, DNA από οποιοδήποτε μικρόβιο που μπήκε στο απολίθωμα του Τοροντοκέρου, μαζί με οποιεσδήποτε άλλες πηγές DNA που θα μπορούσαν να έχουν εισχωρήσει στα δείγματα κατά τη διάρκεια της περιόδου τους στη βρωμιά.
Ο Ράσκοβαν συνέκρινε τη διαδικασία με το να πάρεις ένα σωρό βιβλία, να ξεκόψεις τις σελίδες, να τις ανακατέψεις όλες και μετά να προσπαθήσεις να καταλάβεις την πλοκή για ένα από αυτά. Η ψηφιοποίηση των κλώνων σημαίνει ότι κάθε θραύσμα DNA μπορεί να συγκριθεί με μια ολόκληρη βάση δεδομένων, για να προσδιοριστεί όχι μόνο ποια θραύσματα είναι πραγματικά σχετικά, αλλά και πώς στοιβάζονται σε γνωστά ζώα, βακτήρια και ιούς. Για τον Rascovan, αυτό σήμαινε τη σύγκριση των κλώνων με το DNA βακτηρίων που προκαλούν ασθένειες όπως ο τύφος για να προσδιοριστεί τι ήταν αυτό που προκάλεσε τον θάνατο των στρατιωτών του Ναπολέοντα πριν από περισσότερα από 200 χρόνια. Για τον Shafer, του έδωσε τη δυνατότητα να προσδιορίσει ακριβώς πού ταιριάζει το Torontoceros στο δέντρο της ζωής, συγκρίνοντας το αρχαίο DNA με σύγχρονα ζώα όπως τα ελάφια και τα καριμπού.
Τόσο ο Rascovan όσο και ο Shafer αναγνωρίζουν ότι μαζί με κάποια πραγματικά εντυπωσιακή τεχνολογία, υπάρχει ένα άλλο βασικό συστατικό για την επιτυχία τους: η χαζή τύχη. Εάν περάσει πολύς χρόνος ή εάν τα δείγματα θάβονται σε συνθήκες που είναι πολύ ζεστές ή υγρές, το DNA που αναζητούν θα μπορούσε να υποβαθμιστεί σε άχρηστο. Ωστόσο, η τεχνολογία βελτιώνεται συνεχώς και η αλληλουχία θα μπορούσε να εφαρμοστεί σε όλο και περισσότερα δείγματα όσο περνάει ο καιρός.
«Οι τεχνικές έχουν γίνει πολύ καλύτερες», λέει ο Shafer. “Υπάρχει μια μελέτη που εντόπισε DNA από απολιθώματα ενός εκατομμυρίου ετών. Εάν το DNA υπάρχει, εάν είναι καλά διατηρημένο, μπορούμε να το αρπάξουμε τώρα.”
Σε Ρωτήστε μας οτιδήποτετο Popular Science απαντά στις πιο περίεργες ερωτήσεις σας, από τα καθημερινά πράγματα που πάντα αναρωτιόσαστε μέχρι τα περίεργα πράγματα που δεν σκεφτόσασταν ποτέ να ρωτήσετε. Έχετε κάτι που πάντα θέλατε να μάθετε; Ρωτήστε μας.
Οδηγός δώρων διακοπών 2025
VIA: popsci.com
