Ikiroudan säilyttämä – Geenitutkimuksia yli 40 000 vuotta vanhasta linnusta

Ilmaston lämpenemisen aiheuttama jäätiköiden sulaminen ja jäätikköalueiden systemaattinen tutkimus ovat johtaneet erityislaatuisiin löytöihin ihmiskunnan menneisyydestä. Orgaaninen aines säilyy poikkeuksellisen hyvin jään ja kylmän ilman ansiosta, sillä jää ylläpitää aineksen staattisessa tilassa eikä normaali bakteeritoiminta pääse hajottamaan sitä. Jää onkin säilönyt monia arkeologisia jäännöksiä lähes muuttumattomina nykyaikaan saakka, kuten Siperian hautakammioiden muumiot (Dedouit et al. 2010), Lullaillaco-vuoren capacocha-rituaalin lapsiuhrit (Ceturi 2015) sekä maailmankuulun jäämies Ötzin. Jäätiköt säilyttävät ihmisjäännösten lisäksi myös esineitä, ja esimerkiksi Norjan jäätiköiltä on löytynyt runsaasti viikinkiaikaista materiaalia (Secrets of the Ice –projekti).

Erityisen rikkaita jäätyneiden eläinten löytöjä tehdään jatkuvasti Siperiassa Jakutian alueella, jossa geologiset ja ilmastolliset olosuhteet ovat mahdollistaneet ikiroutakompleksien muotoutumisen. Ikiroutakompleksit muodostuivat pleistoseenin kylmien jäätiköitymiskausien aikana ja ovat säilyneet kymmeniä tuhansia vuosia Koillis-Euraasiassa vallitsevan ilmanalan ansiosta (Boeskorov et al. 2014). Jakutian arktiselta alueelta tunnetaan niin kutsuttuja myöhäispleistoseenikautisia ”hautausmaita”, joista on löydetty lukuisia sukupuuttoon kuolleiden eläinten jäänteitä hyvässä kunnossa. Jakutian ikiroudasta on tullut esiin muun muassa mammutteja (Boeskorov et al. 2013), villasarvikuonoja (Boeskorov et al. 2013), hevosia (Boeskorov et al. 2018), biisoni (Boeskorov et al. 2013), susi (The Siberian Times 2017), luolaleijonan pentuja (The Siberian Times 2017; 2019) sekä arvoituksellinen pentu, joka edustaa joko koiraa, sutta tai mahdollisesti näiden yhteistä kantalajia (Hamzelou 2019:10).

Pienikokoiset ja haurasluiset lajit ovat aliedustettuina ikiroudassa säilyneiden eläinjäännösten joukossa, minkä takia Siperian ikiroudasta löydetty ”Jakutian lintu” on erityisen kiinnostava löytö. Vastikään valmistuneesta monitieteisestä tutkimuksesta julkaistiin helmikuussa 2020 artikkeli. Jakutian lintu löydettiin Koillis-Siperiassa sijaitsevan Belaja Goran -kylän lähettyviltä, pienen Tirekhtjakh-järven ikiroutakerroksista. Linnun löytöpaikka oli noin seitsemän metrin syvyydessä maanpinnasta, ja löydön tekivät paikalliset fossiilisten mammutinluiden etsijät (Dussex et al. 2020). Linnun erinomainen kunto paljasti välittömästi löydön arvon, sillä linnun höyhenet, nokka, jalat, iho ja pehmytkudos olivat säilyneet miltei täydellisesti. Lintu toimitettiin Ruotsiin paleogenetiikan keskukseen tarkempia tutkimuksia varten. Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää geneettisen analyysin ja luonnontieteellisten ajoitusmenetelmien tutkimuksen avulla linnun ikä, sukupuoli ja tarkempi laji.

Jakutian linnun tutkiminen aloitettiin ajoittamalla höyhennäyte radiohiilianalyysin avulla. Analyysi paljasti, että lintu eli myöhäispleistoseenisella kaudella, noin 44000–49000 vuotta sitten (42600 +/- 1100 vuotta BP, OxA-38572). Pienikokoisen linnun säilyminen lähestulkoon vahingoittumattomana kymmenien tuhansien vuosien ajan on harvinaista, ja Jakutian lintua pidetäänkin ensimmäisenä ikiroudasta löytyneenä pleistoseenikautisena lintuna. Linnun muinaisgeneettisiä analyysejä varten otettiin pehmytkudosnäyte, jotta DNA:n avulla voitiin määritellä linnun tarkempi laji ja sukupuoli. Linnun mitokondriaalinen genomi sekvensoitiin niin sanotun haulikkomenetelmän (shotgun sequencing) avulla. Tämän lisäksi linnun lajintunnistusta varten eristettiin osittain COI-geeni, jota käytetään yleisesti genetiikassa lajin selvittämiseksi. Linnun COI-geenin sekvenssiä verrattiin tunnettujen lintulajien tietokantaan, minkä tuloksena näytteelle saatiin 100% yhteensopivuus tunturikiuruun (Eremophila alpestris). Lajintunnistus varmistettiin vielä eristämällä kokonainen COI-geeni sekä cytb-geeni, joiden analyyseissä lintu vertautui geneettisesti tunturikiuruun 99% (COI) tai 95% (cytb) varmuudella (Dussex et al. 2020).

Lajintunnistuksen lisäksi Jakutian linnun geneettisellä analyysillä pyrittiin selvittämään kiurun lajikohtaista evoluutiota ja maantieteellistä levinneisyyttä pleistoseenikaudella. Kiurujen Eremophila-suvun kehitys on ollut pitkään huonosti ymmärretty. Viimeaikaisten tutkimusten perusteella on mahdollista, että tunturikiuru on peräisin keskisen pleistoseenin Koillis-Siperiasta, ja vasta pleistoseenin jälkeen laji on erkautunyt erillisiksi alaryhmiksi Euraasiassa ja Pohjois-Amerikassa. Geenitutkimusten mukaan Jakutian lintu on fylogeneettisesti läheinen alaryhmien Eremophila alpetris flava ja Eremophila alpestris brandti kanssa. Nämä ryhmät ovat nykyisin levittäytyneet Skandinavian ja Pohjois-Venäjän (E. a. flava), Kazakstanin, Mongolian ja Kiinan alueille (E. a. brandti). Tilastollinen analyysi ei tukenut Jakutian linnun alaryhmän määrittämistä kumpaankaan näistä alaryhmistä, mutta Jakutian alueen pleistoseenisen ympäristön siitepölytutkimuksen perusteella lintu on saattanut kuulua ennemmin Eremophila alpetris flava –alaryhmään. Tutkimuksen perusteella kuitenkin pääteltiin, että Jakutian lintu on saattanut edustaa muinaista tunturikiurupopulaatiota, josta Eremophila alpetris flava ja Eremophila alpestris brandti kehittyivät omiksi alaryhmikseen myöhäiseen pleistoseeniin tai holoseeniin ajoittuvien ympäristönmuutosten myötä. (Dussex et al. 2020.)

Jakutian linnun sukupuoli selvitettiin linjaamalla linnun sekvensointidataa modernin tunturikiurun nukleaarista genomia vasten. Naaraslinnut ovat heterogameetteja eli naaraiden (ZW) sukupuolikromosomit ovat erilaisia uroksiin (ZZ) verrattuna. Linjauksen avulla saatu suhdeluku Z-kromosomiin linkitettyihin sekvensseihin osoittaa, että lintu on sukupuoleltaan naaras. Geneettisen sukupuolenmäärityksen avulla voidaan tutkia esimerkiksi käyttäytymistä ja alueellisia ympäristönmuutoksen aiheuttamia eroja kiurujen populaatioissa. (Dussex et al., 2020.)

Projekti aikoo lähitulevaisuudessa tutkia tarkemmin Jakutian linnun koko genomia. Sen perusteella voidaan selvittää mutaationopetta ja Euraasialaisten kiurupopulaatioiden tarkempaa evolutiivista kehitystä (IfScience, 2020). Tähän mennessä saadut tulokset kuitenkin osoittavat, kuinka suuri arvo Siperian ikiroudan sisään jääneiden eläinten tutkimuksella on. Jäässä säilyneet pleistoseenin eläimet, niin pienet kuin suuret, kertovat meille pleistoseenin lajikirjosta, ekologisista muutoksista ja evolutiivisista yksityiskohdista kymmenien tuhansien vuosien takaa.

Lähteet:

Boeskorov, G.G., Potapova, O.R., Protopopov, A.V., Plotnikov, V.V., Maschenko, E.N., Shchelchkova, M.V., Petrova, E.A., Kowalczyk, R., van der Plicht, J. & Tikhonov, A.N. 2018. ‘A study of a frozen mummy of a wild horse from the Holocene of Yakutia, East Siberia, Russia’. Mammal Research 63, pp. 307–314.

Boeskorov, G.G., Potapova, O.R., Mashchenko, E.N., Protopopov, A.V., Kuznetsova, T.V., Agenbroad, L. & Tikhonov, A.N. 2014. ‘Preliminary analyses of the frozen mummies of mammoth (Mammuthus primigenius), bison (Bison priscus) and horse (Equus sp.) from the Yana-Indigirka Lowland, Yakutia, Russia’. Integrative Zoology 9, pp, 471–480.

Boeskorov, G.G., Protopopov, A.V., Mashchenko, E. N.O., Potapova, R., Kuznetsova, T. V., Plotnikov, V.V., Grigoryev, S.E., Belolyubskii, I.N., Tomshin, M.D., Shchelchkova, M.V., Kolesov, S.D., van der Plicht, I. & Tikhonov, A.N. 2013. ‘New Findings of Unique Preserved Fossil Mammals in the Permafrost of Yakutia’.  Doklady Biological Sciences 452, pp. 291–295.

Ceturi, M. C. 2015. ‘Frozen Mummies from Andean Mountaintop Shrines: Bioarchaeology and Ethnohistory of Inca Human Sacrifice’. BioMed Research International 2015. 

Dedouit, F., Géraut, A., Baranov, V., Ludes, B., Rougé, D., Telmon, N., & Crubézy, E. 2010. ‘Virtual and macroscopical studies of mummies – differences or complementarity? Report of a natural frozen siberian mummy’. Forensic Science International, 200(1), pp. e7-e13.

Dussex, N., Stanton, D.W.G., Sigeman, H., Ericson, P.G.P., Fisher, D.C., Protopopov, A.V., Herridge, V.L., Hansson, B. & Dalén. 2020. ‘Biomolecular analyses reveal the age, sex and species identity of a near-intact Pleistocene bird carcass’. Communications Biology 3, 84. 

Hamzelou, J. 2019. Ancient puppy found in permafrost still has its fur and whiskers. New Scientist 244 (3259), pp. 10. 

IfScience, 2020. ’Incredibly Well-Preserved Ice Age Frozen Bird Found In Siberian Permafrost’. IfScience web news article, Published 21.2.2020. 

The Siberian Times, 2019. ’Still narling after 40,000 years, a giant Pleistocene wolf discovered in Yakutia’. The Siberian Times web news article 4.6.2019. 

The Siberian Times, 2017. ’Extinct cave lion cub in ’perfect condition found in Siberia rising cloning hopes’. The Siberian Times web news article 9.11.2017.