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Sonntag, 26.03.2017
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Blick ins Mammut-Genom

13 Millionen Basenpaare urzeitlicher DNA entschlüsselt

Einer internationalen Gruppe von Wissenschaftlern ist es gelungen, Teile des Erbguts eines Mammuts zu entschlüsseln. Die Basis dafür bildeten 27.000 Jahre alten Knochen, die im Dauerfrostboden Sibiriens besonders gut konserviert worden waren.
Mammut

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Mammuts sind vor rund 10.000 Jahren von der Erde verschwunden. Die Pflanzenfresser waren im späten Pleistozän, in der Zeit vor 135.000 bis 11.000 Jahren, in weiten Teilen Europas, Asiens, Afrikas und Nordamerikas verbreitet und konnten bis zu drei Meter groß werden - etwa wie heutige Elefanten, die auch ihre nächsten noch lebenden Verwandten sind. Unter günstigen Bedingungen sind von den Mammuts einzelne Knochen oder auch ganze Skelette im Boden erhalten geblieben, das Erbgut in den Zellen ist nach der langen Lagerung über tausende von Jahren aber meistens weitgehend zersetzt.

Eine internationale Gruppe von Wissenschaftlern, darunter der Bioinformatiker Prof. Daniel Huson von der Universität Tübingen, Hendrik N. Poinar von der kanadischen McMaster Universität, Stephan Schuster von der PennState Universität und anderen Wissenschaftlern aus den USA, Großbritannien, Frankreich und Russland ist an dem Mammut-Projekt beteiligt. Die Forschungsergebnisse wurden jetzt von der Online-Ausgabe der Zeitschrift Science veröffentlicht.

27.000 Jahre alte Probe


Für ihre DNA-Analysen entnahmen die Wissenschaftler eine zwei mal fünf Zentimeter große Probe aus einem Kieferknochen eines Wollhaarmammuts. Das untersuchte Mammut hatte vor mehr als 27.000 Jahren im heutigen Sibirien gelebt. Seine Skelettteile wurden am Taimyr-See nördlich des Polarkreises gefunden. Im Dauerfrostboden sind die Knochen besonders gut erhalten geblieben, da die Zersetzungsprozesse bei niedrigen Temperaturen langsamer als sonst ablaufen.


Bei Proben von längst ausgestorbenen Lebewesen haben die Wissenschaftler mit einigen Schwierigkeiten zu kämpfen: Die DNA hat nicht mehr ihre ursprüngliche langkettige Struktur, sondern ist in Bruchstücke zerfallen, die mühsam wieder richtig aneinander gesetzt werden müssen. Zudem gehören manche DNA-Teile zu einem anderen Puzzle. Denn in das Mammut-Erbgut hat sich möglicherweise im Boden auch DNA von anderen Organismen wie Bakterien und Pilzen hineingemischt.

13 Millionen Basenpaare


Im Unterschied zu früheren Analysen untersuchten die Forscher in diesem Projekt die DNA aus den Zellkernen und nicht die kleinere DNA-Menge aus den Mitochondrien. Die isolierte DNA wurde zunächst mit Hilfe eines neuen Verfahrens aufwendig in Lipidbläschen vermehrt und mit einer besonderen Technik analysiert. Insgesamt 28 Millionen Basenpaare, die Bausteine der DNA, sequenzierten die Wissenschaftler. Davon konnten sie 13 Millionen Basenpaare als Mammut-DNA identifizieren. Solche Untersuchungen laufen über Vergleiche der neu analysierten DNA mit im Internet veröffentlichten DNA-Sequenzen anderer Organismen.

In Tübingen wurde die neue Software "GenomeTaxonomyBrowser" erstellt, um den Inhalt einer ungeordneten Menge von DNA-Bruchstücken dem Erbgut der einzelnen Lebewesen zuordnen zu können. Die veröffentlichten Gendaten ganz unterschiedlicher Organismen werden von der zentralen Gendatenbank NCBI gepflegt. Außerdem müssen die Forscher berücksichtigen, dass manche Bestandteile der DNA stabiler sind als andere und ungleiche Veränderungen das Bild verfälschen können.

Große Ähnlichkeit mit Elefantengenom


Die DNA des Wollhaarmammuts (Mammuthus primigenius) wurde mit der von Mensch, Hund und der vom Afrikanischen Elefanten (Loxodonta africana) verglichen. Die identifizierbaren Sequenzen des Wollhaarmammuts stimmten zu 98,55 Prozent mit dem Erbgut des Afrikanischen Elefanten überein. Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass Abweichungen der DNA-Sequenzen in diesem Umfang auf einen gemeinsamen Vorfahren der beiden Tiere schließen lassen, der vor fünf bis sechs Millionen Jahren gelebt hat. Sie glauben außerdem, dass es sich beim untersuchten Wollhaarmammut um ein Weibchen handeln dürfte, denn unter seinen Gensequenzen hatten keine Ähnlichkeit mit einem Y-Chromosom, das bei Säugetieren das männliche Geschlecht bestimmt.

Der hohe Anteil an Mammut-DNA in ihrer Probe lässt die Wissenschaftler hoffen, dass in absehbarer Zeit die Entzifferung des kompletten Mammutgenoms möglich wird. Das würde der Paläo-Genforschung ganz neue Möglichkeiten bei der Untersuchung der Evolution auf molekularer Ebene eröffnen. Außerdem könnte das Wissen dabei helfen, den Einfluss von Klimaänderungen auf Lebewesen zu erhellen oder gar eine Antwort darauf geben, warum die Mammuts ausgestorben sind.
(Universität Tübingen, 23.12.2005 - NPO)
 
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