5万2000年前のマンモスの「ビーフジャーキー」から、極めて良好な状態で保存された染色体が発見される

精鋭の科学者チームが、巨大生物の小分子に関する驚くべき発見を成し遂げました。5万2000年前のケナガマンモスの遺骸に、ゲノム構造が完璧に保存されていたのです。乾燥した皮膚は非常に良好な状態で保存されており、マンモスの染色体が完全な状態で含まれていました。これにより、研究者たちは古代の動物の生態について、これまでにない新たな知見を得ることができました。

最後のマンモスは4000年前に絶滅しましたが、これはエジプトで既にピラミッドがいくつか建造されていたほど最近のことです。しかし、今回の研究では、研究チームはそれぞれ5万2000年前と3万9000年前のマンモスの標本を調査しました。当時、解剖学的に現代人がまだネアンデルタール人と地球上で共存していた時期です。

マンモスの遺骸は、かつて彼らが闊歩していた草原の至る所で発見されています。毛深い長鼻類の遺骸は、永久凍土（永久に凍った表土）の中に保存されていることが多いのですが、解凍と再凍結を繰り返すことで、動物の軟組織の微細構造が損傷を受けることがあります。保存状態が驚くほど良い場合もあります。例えば2022年には、ユーコン準州の金鉱山で、完璧な状態で保存されたマンモスの子が発見されました。しかし、今回の発見は、全く異なるスケール、つまり分子レベルでの保存状態を明らかにしました。研究チームの研究は本日、Cell誌に掲載されました。

「私たちは辺りを見回し、掘り下げ、ついにズームインすると、新しい種類の化石が存在することが分かりました」と、ライス大学、ベイラー医科大学、MITとハーバード大学のブロード研究所に所属するコンピューター科学者で遺伝学者で、この研究の共著者であるエレズ・リーバーマン・エイデン氏は先週火曜日の記者会見で述べた。

染色体はどのようにしてこれほど長い間生き残ったのでしょうか?

研究チームが調査した5万2000年前のマンモスの化石には、ミリメートル単位の毛が残っており、このことからマンモスは急速冷凍されていたことが示唆されます。研究チームによると、この保存状態は、マンモスがネアンデルタール人が絶滅する約1万年前に冷凍保存されていたことを示しているとのことです。毛が無傷のまま残っているということは、皮膚サンプルがそれ以降解凍されていないことを意味します。つまり、マンモスは毛、毛包、無傷の細胞、そして折り畳まれた染色体も細胞内のそれぞれの領域内に保持されていたのです。研究チームは、特定の遺伝子の発現を制御する遺伝子ループを実際に観察することができました。

「このサンプルは凍結乾燥され、一種のビーフジャーキーを形成しました」とライバーマン・エイデン氏は述べた。ビーフジャーキーはガラス転移を起こした肉で、耐久性を高めている。凍結乾燥すると、マンモスの皮膚は顕微鏡レベルで分子の交通渋滞となり、染色体が拡散できなくなった。皮膚サンプルは古代の分子を閉じ込めたタイムカプセルとなり、研究チームはこの急速凍結された遺伝物質を「クロモグラス」と名付けた。

研究者らによると、遺骨の質の高さから、絶滅種における初のゲノムアセンブリが可能になったという。マンモスはゾウと同様に28本の染色体を持っていた（23本の染色体を持つ人間とは異なり）。研究チームはマンモスの染色体を3Dで再構成した。人間にはゴルディアスの結び目のように見えるが、研究者にとっては、氷河期のステップに生息していた巨獣の設計図となった顕微鏡構造を、驚くほど正確に垣間見る機会となる。

「このマンモスのゲノムで捉えられる変異は、種間の比較に新たな扉を開くものです」と、ベイラー医科大学の研究者で論文の共著者でもあるシンシア・ペレス・エストラーダ氏は記者会見で述べた。「クロマチン構造の足跡を三次元空間で捉えられるだけでも、驚異的です。」

マンモスの「ビーフジャーキー」は染色体の分子構造をそのまま保っていた

研究チームは、クロモグラスの分子構造を破壊しようとあらゆる手段を講じた。実験では、乾燥したマンモスの皮の代わりに、事実上分子レベルで同じ構造を持つボアーズヘッド社の牛肉の乾燥ボローニャソーセージを使用した。研究者たちは、クロモグラスの牛肉を水、酸、液体窒素に浸し、電子レンジで加熱し、野球ボールや木槌で叩き、車で轢き、言葉でいじめ（記者会見では「感情的にダメージを与えた」と冗談を飛ばした）、ショットガンの弾丸で吹き飛ばした（下の写真）。物質は断片化したにもかかわらず、顕微鏡レベルでは染色体構造は無傷のままだった。

「これらは（保存された染色体の）最初の例です」と、ライス大学とベイラー医科大学のゲノム研究者で、この研究の共著者でもあるオルガ・ドゥドチェンコ氏は記者会見で述べた。「今後数年間で、さらに多くの染色体が発見されるだろうと考えています。」

新たな発見は、古代の遺物におけるこれまで見られなかった分子レベルの保存状態を明らかにした。より古いDNAは発見されているものの（実際、今回の論文の著者数名は、当時最古とされていた100万年前のマンモスの牙のDNAに関する研究を発表したチームの一員だった）、新たに記載された遺物によって、マンモスの遺伝子がどのように発現し、ゲノムがどのように組み立てられたかを研究することが可能になった。現在、配列が確定している最古のDNAは、グリーンランド北部から回収された環境DNAの断片であり、研究チームはそこから更新世初期の古代環境を復元することができた。

科学者は急速冷凍された染色体で何ができるでしょうか?

このような繊細な分子物質が完璧な状態で保存されていることは、絶滅復元（de-extinction）に影響を及ぼす可能性がある。これは、一部の科学チームや企業が、事実上最近絶滅した動物の代理種を作り出す試みである。特に、耐寒性を制御し毛の成長を促進する遺伝子の働きを追跡することは、21世紀のマンモスを作ろうとする企業にとって有益となる可能性がある。今年初め、そのような企業の一つであるコロッサル・バイオサイエンス社は、ゾウの幹細胞の作製に成功した。これは、胚の段階まで遺伝子操作された初めての細胞である。しかしながら、研究チームは絶滅復元は困難なプロセスであり、研究の目的ではないことを強調した。

「私たちは非常に小さな惑星に住む非常に強力な種族であり、気候変動といった状況の中で、人類の未来、そしてこの惑星上の生命の未来について重要な決断を下しています」とライバーマン・エイデン氏は述べた。「これは、私たちが過去から学ぶ能力に関わる問題なのです。」

AIは生命の樹を解明するのに役立つ

ケナガマンモスに最も近い現生種はアジアゾウです。科学者はマンモスの染色体を用いてゾウの遺伝学をより深く理解することができます。しかし、ゾウの遺伝学は科学者のマンモスへの理解を深めるのにも役立ちます。科学者はAIモデルに遺伝コードの一部を与え、マンモスのどこにタンパク質が結合していたか、あるいはゲノムがどのように折り畳まれているかをAIに尋ねることができます。

「マンモスに関するほんのわずかなデータでも、これらのAIに取り込めば、豊富な情報が得られます」とリーバーマン・エイデン氏はギズモードに語った。アジアゾウ以外にも、AIツールはマンモスのゲノムを生命の樹の上で文脈化することができる。「AIの素晴らしい力は、これらすべての種から得た洞察を統合し、かなり正確な推測を導き出す能力にあります」とリーバーマン・エイデン氏は付け加えた。

新たな技術、独創的な手法、そして幸運の組み合わせにより、これまで知られていなかったスケールで古代の世界が明らかになりつつあります。巨大なマンモスを分子レベルで理解することは、古代の過去を理解するのに役立つだけでなく、現存する動物に関する未来の対話にも役立ちます。