Wollige Mammuts entwickelten im Laufe der 700.000 Jahre, in denen sie die sibirischen Steppen durchstreiften, kleinere Ohren und wolligere Mäntel

Ein Forscherteam verglich die Genome von Wollmammuts mit modernen Elefanten, um herauszufinden, was Wollmammuts sowohl als Individuum als auch als Art einzigartig machte. Das berichten die Ermittler am 7. April im Fachblatt Aktuelle Biologie dass viele der Markenzeichen des Wollmammuts – einschließlich ihrer wolligen Mäntel und großen Fettpolster – bereits in den frühesten Wollmammuts genetisch kodiert waren, aber diese und andere Merkmale wurden im Laufe des über 700.000-jährigen Bestehens der Art genauer definiert. Sie identifizierten auch ein Gen mit mehreren Mutationen, die möglicherweise für die winzigen Ohren des wolligen Mammuts verantwortlich waren.

„Wir wollten wissen, was ein Mammut zu einem Wollmammut macht“, sagt der Paläogenetiker und Erstautor David Díez-del-Molino vom Centre for Palaeogenetics in Stockholm. „Wollige Mammuts haben einige sehr charakteristische morphologische Merkmale, wie ihr dickes Fell und ihre kleinen Ohren, die man aufgrund des Aussehens gefrorener Exemplare offensichtlich erwartet, aber es gibt auch viele andere Anpassungen wie den Fettstoffwechsel und das Kälteempfinden, die nicht so offensichtlich sind, weil sie sind auf molekularer Ebene.“

Um Gene zu identifizieren, die in Wollmammuts „hoch entwickelt“ waren – was bedeutet, dass sie eine große Anzahl von Mutationen aufwiesen – verglich das Team die Genome von 23 sibirischen Wollmammuts mit 28 modernen asiatischen und afrikanischen Elefantengenomen. Zweiundzwanzig dieser Mammuts waren relativ neu, da sie in den letzten 100.000 Jahren gelebt haben, und sechzehn der Genome waren zuvor nicht sequenziert worden. Das 23. Wollmammut-Genom gehörte einem der ältesten bekannten Wollmammuts, Chukochya, das vor etwa 700.000 Jahren lebte.

„Der Besitz des Chukochya-Genoms ermöglichte es uns, eine Reihe von Genen zu identifizieren, die sich während der Lebensdauer des Wollhaarmammuts als Spezies entwickelt haben“, sagt Seniorautorin Love Dalén, Professorin für evolutionäre Genomik am Zentrum für Paläogenetik in Stockholm. „Dies ermöglicht uns, die Evolution in Echtzeit zu untersuchen, und wir können sagen, dass diese spezifischen Mutationen nur bei Wollmammuts vorkommen und bei ihren Vorfahren nicht existierten.“

Es überrascht nicht, dass viele Gene, die für Wollmammuts anpassungsfähig waren, mit dem Leben in kalten Umgebungen zusammenhängen. Einige dieser Gene werden von nicht verwandten modernen arktischen Säugetieren geteilt. „Wir haben einige hochentwickelte Gene im Zusammenhang mit Fettstoffwechsel und -speicherung gefunden, die auch in anderen arktischen Arten wie Rentieren und Eisbären zu finden sind, was bedeutet, dass es wahrscheinlich eine konvergente Evolution für diese Gene bei kälteangepassten Säugetieren gibt“, sagt Díez-del-Molino.

Während frühere Studien die Genome von ein oder zwei Wollmammuts untersucht haben, ist dies der erste Vergleich einer großen Anzahl von Mammutgenomen. Diese große Stichprobengröße ermöglichte es dem Team, Gene zu identifizieren, die allen Wollmammuts gemeinsam waren und daher wahrscheinlich anpassungsfähig waren, im Gegensatz zu genetischen Mutationen, die möglicherweise nur bei einem einzelnen Individuum vorhanden waren.

„Wir fanden heraus, dass einige der Gene, von denen früher angenommen wurde, dass sie speziell für Wollmammuts sind, tatsächlich zwischen Mammuts unterschiedlich sind, was bedeutet, dass sie wahrscheinlich nicht so wichtig waren“, sagt Díez-del-Molino.

Insgesamt teilte das 700.000 Jahre alte Chukochya-Genom etwa 91,7 % der Mutationen, die bei den moderneren Wollmammuts zu proteinkodierenden Veränderungen führten. Dies bedeutet, dass viele der charakteristischen Merkmale des Wollmammuts – darunter dickes Fell, Fettstoffwechsel und Kältewahrnehmung – wahrscheinlich bereits vorhanden waren, als sich das Wollmammut erstmals von seinem Vorfahren, dem Steppenmammut, unterschied.

Diese Eigenschaften entwickelten sich jedoch bei Chukochyas Nachkommen weiter. „Die allerersten Wollmammuts waren nicht vollständig entwickelt“, sagt Dalén. „Sie hatten möglicherweise größere Ohren und ihre Wolle war anders – vielleicht weniger isolierend und flauschig im Vergleich zu späteren Wollmammuts.“

Moderne Wollmammuts hatten auch mehrere Immunmutationen in T-Zell-Antigenen, die bei ihren Vorfahren nicht beobachtet wurden. Die Autoren spekulieren, dass diese Mutationen möglicherweise eine verstärkte zellvermittelte Immunität als Reaktion auf neu auftretende virale Pathogene verliehen haben.

Die Arbeit mit alter Mammut-DNA ist mit einer Reihe von Hürden verbunden. „Jeder Schritt auf dem Weg ist etwas schwieriger, von der Feldarbeit über die Laborarbeit bis hin zur Bioinformatik“, sagt Díez-del-Molino.

„Abgesehen von der Feldarbeit, bei der wir sowohl gegen Eisbären als auch gegen Mücken kämpfen müssen, ist ein weiterer Aspekt, der dies viel schwieriger macht, dass man in einem alten DNA-Labor arbeiten muss, und das bedeutet, dass man sich voll verkleiden muss Ganzkörperanzug mit Kapuze und Gesichtsmaske und Visier und doppelten Handschuhen, daher ist die Arbeit im Labor ziemlich unangenehm, um es milde auszudrücken“, sagt Dalén. „Ich möchte Marianne Dehasque hervorheben, die zweite Autorin dieses Artikels, die die Herkulesarbeit geleistet hat, um die meisten dieser Proben im Labor zu bearbeiten.“

Alle Mammuts, deren Genome in diese Studie einbezogen wurden, wurden in Sibirien gesammelt, aber die Forscher hoffen, sich in Zukunft zu verzweigen und nordamerikanische Wollmammuts zu vergleichen. „Wir haben vor ein paar Jahren gezeigt, dass es einen Genfluss zwischen Wollmammuts und den Vorfahren kolumbianischer Mammuts gab, also müssen wir das berücksichtigen, weil nordamerikanische Wollmammuts möglicherweise auch Nicht-Wollmammut-Gene in sich trugen, “, sagt Dalen.