Sebuah tim ilmuwan yang hebat telah membuat penemuan luar biasa dalam molekul-molekul kecil dari makhluk raksasa: arsitektur genom yang terawetkan dengan sempurna dalam sisa-sisa mammoth bulu berumur 52.000 tahun. Kulit yang mengering dengan baik sehingga mengandung kromosom mammoth utuh, memberikan para peneliti pandangan yang belum pernah terjadi sebelumnya ke dalam biologi hewan purba tersebut.
Mammoth terakhir punah 4.000 tahun yang lalu, cukup baru sehingga beberapa piramida sudah dibangun di Mesir. Namun, untuk penelitian ini, tim menyelidiki sampel mammoth yang berasal dari 52.000 tahun yang lalu dan 39.000 tahun yang lalu, di mana manusia modern anatomi masih berbagi planet dengan Neanderthal.
Sisa-sisa mammoth ditemukan di seluruh steppe di mana mereka dulu berkeliaran. Sisa-sisa proboscideans berbulu sering terawetkan dalam permafrost—lapisan tanah atas yang beku secara permanen—meskipun fase pembekuan dan pencairan ulang dapat merusak struktur mikroskopis dalam jaringan lunak hewan tersebut. Terkadang, pengawetannya menakjubkan. Pada tahun 2022, misalnya, seekor anak mammoth yang terawetkan dengan sempurna ditemukan di tambang emas Yukon. Tetapi penemuan terbaru mengungkapkan pengawetan dalam skala yang sama sekali berbeda: skala molekuler. Penelitian tim ini dipublikasikan hari ini di Jurnal Cell.
“Kami melihat sekeliling, kami menggali ke bawah, dan saat kami akhirnya memperbesar gambar, kami bisa melihat bahwa kami berada dalam kehadiran jenis fosil yang baru,” kata salah satu penulis studi, Erez Lieberman Aiden, seorang ilmuwan komputer dan genetikus yang berafiliasi dengan Universitas Rice, Baylor College of Medicine, dan Institut Broad MIT dan Harvard, dalam konferensi pers pada hari Selasa lalu. Kulit mammoth, di mana kromosom mammoth ditemukan. © Foto oleh Love Dalén, Universitas Stockholm Bagaimana kromosom bisa bertahan begitu lama?
Sisa-sisa berumur 52.000 tahun yang diselidiki oleh tim masih mempertahankan rambutnya pada skala milimeter, yang menunjukkan bahwa mammoth bulu itu dibekukan secara tiba-tiba. Menurut tim, pengawetan ini menunjukkan bahwa mammoth itu membeku sekitar 10.000 tahun sebelum Neanderthal punah, karena rambut utuh menunjukkan bahwa sampel kulit tidak mengalami pencairan sejak saat itu. Dengan demikian, hewan tersebut mempertahankan rambut, folikel, sel utuh, dan ya, kromosom yang terlipat di dalam wilayah sel tersebut. Tim peneliti sebenarnya bisa melihat lingkaran genetik yang mengatur apakah gen tertentu diekspresikan.
“Sampel ini diubah menjadi kering, membentuk semacam daging sapi kering,” kata Leiberman Aiden. Daging sapi kering adalah daging yang telah mengalami transisi gelas, membuatnya tahan lama. Ketika diubah menjadi kering, kulit mammoth menjadi kemacetan lalu lintas molekuler pada tingkat mikroskopis di mana kromosom tidak dapat berdifusi. Sampel kulit itu menjadi kapsul waktu untuk molekul-molekul kuno, dan tim menyebut materi genetik yang beku tiba-tiba itu “kromoglass.” Animasi 3D dari kromosom mammoth. Gif: Vinicius Contessoto, Antonio Oliveira Jr., José Onuchic Kualitas sisa-sisa itu memungkinkan perakitan genom pertama dalam spesies yang punah, kata para peneliti. Mammoth memiliki 28 kromosom, sama seperti gajah (dan tidak seperti kita manusia, yang memiliki 23). Tim merekonstruksi kromosom mammoth dalam 3D; bagi kita, itu terlihat seperti simpul Gordian. Tetapi bagi para peneliti, itu adalah pandangan yang sangat presisi pada struktur mikroskopis yang merancang raksasa steppe zaman es.
“Varian yang bisa Anda tangkap dengan genom mammoth ini membuka pintu baru untuk perbandingan antarspesies,” kata Cynthia Pérez Estrada, seorang peneliti di Baylor College of Medicine dan salah satu penulis makalah itu, dalam konferensi pers. “Hanya dengan memiliki jejak organisasi kromatin dalam ruang tiga dimensi sangat luar biasa.” Daging sapi mammoth ‘kering’ menjaga struktur molekuler kromosom tetap utuh
Tim melakukan segala yang mereka bisa untuk mencoba menghancurkan struktur molekuler kromoglass. Untuk uji coba mereka, mereka mengganti kulit mammoth yang mengering dengan bologna sapi Boar’s Head yang dikeringkan, yang pada dasarnya memiliki struktur yang sama pada tingkat molekuler. Para peneliti merendam daging kromoglass dalam air, asam, dan nitrogen cair; mereka memanaskannya di microwave, memukulnya dengan bola baseball dan palu; mereka menabraknya dengan mobil, membullynya secara verbal (“mendiskriminasi emosionalnya,” mereka bercanda dalam konferensi pers), dan menembakinya dengan peluru senapan (terlihat di bawah). Meskipun materi itu menjadi terbelah, struktur kromosom materi itu tetap utuh pada skala mikroskopis.
“Mereka adalah yang pertama [kromosom yang diawetkan],” kata Olga Dudchenko, seorang peneliti genomika di Universitas Rice dan Baylor College of Medicine serta penulis penelitian itu, dalam konferensi pers. “Kami curiga banyak yang akan ditemukan dalam beberapa tahun mendatang.” Temuan baru ini mengungkapkan pengawetan molekuler yang belum pernah terlihat sebelumnya dalam sisa-sisa kuno. Sementara DNA yang lebih tua telah ditemukan—memang, beberapa penulis pada makalah baru ini adalah bagian dari tim yang menerbitkan penelitian tentang DNA yang terawetkan pada gading mammoth berumur jutaan tahun itu—sisa-sisa yang baru dijelaskan membuatnya memungkinkan untuk mempelajari bagaimana gen mammoth diekspresikan dan genomnya dirakit. Pemegang rekor saat ini untuk DNA tertua yang disekuensing adalah sekelompok DNA lingkungan yang ditemukan di Greenland utara, dan dari mana tim peneliti dapat merekonstruksi lingkungan kuno Pleistosen awal. Apa yang bisa dilakukan ilmuwan dengan kromosom yang dibekukan secara tiba-tiba?
Pengawetan sempurna material molekuler yang begitu rapuh ini mungkin memiliki implikasi untuk de-ekstinksi, proses di mana beberapa tim ilmiah dan perusahaan berusaha untuk menghasilkan spesies pengganti yang untuk semua maksud dan tujuan mewakili hewan yang baru punah. Secara khusus, melacak bagaimana gen yang mengatur resistensi terhadap dingin dan mempromosikan pertumbuhan rambut bisa berguna bagi perusahaan yang mencoba membangun mammoth abad ke-21. Awal tahun ini, salah satu perusahaan seperti itu—Colossal Biosciences—berhasil menciptakan sel punca gajah, yang pertama kali dimasukkan ke dalam keadaan embrio. Namun, tim menekankan bahwa de-ekstinksi adalah proses yang sulit dan bukan tujuan dari penelitian mereka.
“Kita adalah spesies yang sangat kuat di planet yang sangat kecil, membuat keputusan penting tentang masa depan spesies kita dan masa depan kehidupan di planet ini, dalam konteks hal-hal seperti perubahan iklim,” kata Leiberman Aiden. “Ini tentang kemampuan kita untuk belajar dari masa lalu.” AI dapat membantu membongkar pohon kehidupan
Kerabat hidup terdekat mammoth berbulu adalah gajah Asia. Ilmuwan dapat lebih memahami genetika gajah menggunakan kromosom mammoth. Namun demikian, genetika gajah juga bisa memberi informasi kepada ilmuwan tentang pemahaman mammoth. Ilmuwan dapat menawarkan model AI seutas kode genetik dan meminta AI di mana protein kemungkinan terikat pada mammoth, atau bagaimana genom kemungkinan dilipat.
“Bahkan sejumlah data tentang mammoth yang dimasukkan ke dalam AI ini dapat mengarah pada kelimpahan informasi,” kata Lieberman Aiden kepada Gizmodo. Selain gajah Asia, alat AI dapat kontekstualisasi genom mammoth pada pohon kehidupan. “Kekuatan besar AI adalah kemampuannya untuk mengambil wawasan dari semua spesies itu dan mensintesisnya untuk memberi Anda perkiraan yang cukup baik,” tambah Leiberman Aiden. Kombinasi teknologi baru, metode inovatif, dan keberuntungan sedang mengungkap dunia kuno dalam skala yang sebelumnya belum pernah terdengar. Memahami mammoth raksasa pada skala molekuler membantu pemahaman kita tentang masa lalu kuno, tetapi juga membantu percakapan tentang hewan yang masih ada untuk masa depan.