Sekelompok ilmuwan hebat telah membuat penemuan luar biasa dalam molekul kecil makhluk raksasa: arsitektur genom yang terpelihara sempurna dalam sisa-sisa mamut berbulu berusia 52.000 tahun. Kulit keringnya terpelihara dengan sangat baik sehingga mengandung kromosom mamut yang utuh, memberikan para peneliti pandangan yang belum pernah ada sebelumnya tentang biologi hewan purba tersebut.

Mamut terakhir punah 4.000 tahun lalu, cukup baru sehingga beberapa piramida sudah dibangun di Mesir. Namun, untuk penelitian ini, tim menyelidiki sampel mamut yang masing-masing berasal dari 52.000 tahun dan 39.000 tahun lalu, di mana manusia modern secara anatomi masih hidup di planet ini bersama Neanderthal.

Sisa-sisa mamut ditemukan di seluruh padang rumput tempat mereka dulu berkeliaran. Sisa-sisa proboscidea berbulu sering kali diawetkan dalam permafrost—lapisan tanah atas yang membeku secara permanen—meskipun fase pencairan dan pembekuan ulang dapat merusak struktur mikroskopis dalam jaringan lunak hewan tersebut. Terkadang, pengawetan tersebut sangat menakjubkan. Pada tahun 2022, misalnya, seekor anak mamut yang diawetkan dengan sempurna ditemukan di tambang emas Yukon. Namun, penemuan baru-baru ini mengungkapkan pengawetan pada skala yang sama sekali berbeda: skala molekuler. Penelitian tim tersebut diterbitkan hari ini di Sel.

“Kami mengamati sekeliling, menggali, dan saat kami akhirnya memperbesar gambar, kami dapat melihat bahwa kami berada di hadapan fosil jenis baru,” kata rekan penulis studi Erez Lieberman Aiden, seorang ilmuwan komputer dan ahli genetika yang berafiliasi dengan Rice University, Baylor College of Medicine, dan Broad Institute of MIT dan Harvard, dalam konferensi pers Selasa lalu.

Kulit mamut, tempat ditemukannya kromosom mamut. © Foto oleh Love Dalén, Universitas Stockholm

Bagaimana kromosom bertahan begitu lama?

Sisa-sisa berusia 52.000 tahun yang diteliti oleh tim tersebut masih mempertahankan rambutnya pada skala milimeter, yang menunjukkan bahwa mammoth berbulu itu dibekukan dengan cepat. Menurut tim tersebut, pengawetan ini menunjukkan bahwa ia membeku sekitar 10.000 tahun sebelum Neanderthal punah, karena rambut yang utuh menandakan bahwa sampel kulit tersebut tidak mengalami pencairan sejak saat itu. Dengan demikian, hewan tersebut mempertahankan rambutnya, folikel, sel-sel yang utuh, dan ya, kromosom yang terlipat di dalam wilayah selnya. Tim peneliti benar-benar dapat melihat lingkaran genetik yang mengatur apakah gen tertentu diekspresikan.

“Sampel ini dikeringkan beku, membentuk semacam dendeng sapi,” kata Leiberman Aiden. Dendeng sapi adalah daging yang telah mengalami transisi kacamembuatnya tahan lama. Ketika dikeringkan dengan pembekuan, kulit mamut menjadi kemacetan lalu lintas molekuler pada tingkat mikroskopis di mana kromosom tidak dapat berdifusi. Sampel kulit menjadi kapsul waktu untuk molekul purba, dan tim menjuluki materi genetik yang dibekukan dengan cepat sebagai “chromoglass.”

Animasi 3D kromosom mammoth.
Animasi 3D kromosom mammoth.
Gif: Vinicius Contessoto, Antonio Oliveira Jr., José Onuchic

Para peneliti mengatakan, kualitas sisa-sisa tersebut memungkinkan perakitan genom pertama pada spesies yang telah punah. Mamut memiliki 28 kromosom, sama seperti gajah (dan tidak seperti manusia, yang memiliki 23 kromosom). Tim merekonstruksi kromosom mamut dalam bentuk 3D; bagi kami, kromosom tersebut tampak seperti simpul Gordian. Namun bagi para peneliti, kromosom tersebut merupakan gambaran yang sangat tepat dari struktur mikroskop yang menjadi cetak biru bagi raksasa-raksasa padang rumput Zaman Es.

“Varians yang dapat Anda tangkap dengan genom raksasa ini membuka pintu baru untuk perbandingan antar spesies,” kata Cynthia Pérez Estrada, seorang peneliti di Baylor College of Medicine dan salah satu penulis makalah tersebut, dalam konferensi pers. “Hanya memiliki jejak organisasi kromatin dalam ruang tiga dimensi itu luar biasa.”

‘Dendeng sapi’ raksasa mempertahankan struktur molekul kromosom tetap utuh

Tim tersebut melakukan segala yang mereka bisa untuk mencoba dan menghancurkan struktur molekuler dari kromoglass. Untuk pengujian mereka, mereka mengganti kulit mamut yang dikeringkan dengan daging sapi Boar’s Head yang dikeringkan, yang untuk semua maksud dan tujuan memiliki struktur yang sama pada tingkat molekuler. Para peneliti mencelupkan daging sapi kromoglass ke dalam air, asam, dan nitrogen cair; mereka memanaskannya dalam microwave, memukulnya dengan bola bisbol dan palu; mereka menabraknya dengan mobil, menindasnya secara verbal (“merusaknya secara emosional,” canda mereka dalam konferensi pers), dan menembakinya dengan peluru senapan (lihat di bawah). Meskipun materialnya menjadi terfragmentasi, struktur kromosom dari benda itu tetap utuh pada skala mikroskopis.

Menembak kromoglass daging sapi dengan senapan.
Hak cipta © Aviva Aiden, Thomas Griggs, Erez Aiden

“Mereka adalah yang pertama [preserved chromosomes],” kata Olga Dudchenko, seorang peneliti genomik di Rice University dan Baylor College of Medicine serta salah satu penulis penelitian tersebut, dalam konferensi pers. “Kami menduga lebih banyak lagi yang akan ditemukan dalam beberapa tahun mendatang.”

Temuan baru ini mengungkap pelestarian molekuler yang belum pernah terlihat sebelumnya pada sisa-sisa purba. Meskipun DNA yang lebih tua telah ditemukan—bahkan, beberapa penulis pada makalah baru tersebut merupakan bagian dari tim yang menerbitkan penelitian tentang DNA tertua yang diawetkan saat itu, pada gading mamut berusia jutaan tahun—sisa-sisa yang baru dideskripsikan tersebut memungkinkan untuk mempelajari bagaimana gen mamut diekspresikan dan genomnya disusun. Pemegang rekor saat ini untuk DNA tertua yang diurutkan adalah bagian dari DNA lingkungan yang ditemukan dari Greenland utara, dan dari sana tim peneliti dapat merekonstruksi lingkungan purba pada awal Pleistosen.

Apa yang dapat dilakukan ilmuwan dengan kromosom yang dibekukan seketika?

Pelestarian sempurna dari bahan molekuler yang sangat halus tersebut mungkin memiliki implikasi untuk de-extinction, proses yang dilakukan oleh beberapa tim dan perusahaan ilmiah untuk menghasilkan spesies pengganti yang untuk semua maksud dan tujuan mewakili hewan yang baru saja punah. Secara khusus, melacak bagaimana gen yang mengatur ketahanan terhadap dingin dan mendorong pertumbuhan rambut dapat berguna bagi perusahaan yang mencoba membangun mamut abad ke-21. Awal tahun ini, salah satu perusahaan tersebut—Colossal Biosciences—berhasil menciptakan sel induk gajah, yang pertama kali direkayasa menjadi embrio. Meskipun demikian, tim tersebut menekankan bahwa de-extinction adalah proses yang sulit dan bukan tujuan penelitian mereka.

“Kita adalah spesies yang sangat kuat di planet yang sangat kecil, yang membuat keputusan penting tentang masa depan spesies kita dan masa depan kehidupan di planet ini, dalam konteks perubahan iklim,” kata Leiberman Aiden. “Ini tentang kemampuan kita untuk belajar dari masa lalu.

AI dapat membantu mengungkap pohon kehidupan

Kerabat terdekat yang masih hidup dengan mammoth berbulu adalah gajah Asia. Ilmuwan dapat lebih memahami genetika gajah menggunakan kromosom mammoth. Namun, genetika gajah juga dapat memberikan informasi kepada para ilmuwan tentang mammoth. Ilmuwan dapat menawarkan model AI untaian kode genetik dan bertanya kepada AI di mana protein kemungkinan terikat pada mammoth, atau bagaimana genom kemungkinan terlipat.

“Bahkan sedikit data tentang mamut yang dimasukkan ke dalam AI ini dapat menghasilkan banyak informasi,” kata Lieberman Aiden kepada Gizmodo. Selain gajah Asia, perangkat AI dapat mengontekstualisasikan genom mamut pada pohon kehidupan. “Kekuatan AI yang hebat adalah kemampuannya untuk mengambil wawasan dari semua spesies tersebut dan mensintesisnya untuk memberi Anda tebakan yang cukup bagus,” tambah Leiberman Aiden.

Kombinasi teknologi baru, metode inovatif, dan keberuntungan mengungkap dunia kuno dalam skala yang belum pernah terdengar sebelumnya. Memahami mamut besar dalam skala molekuler membantu pemahaman kita tentang masa lalu kuno, tetapi juga membantu percakapan tentang hewan yang masih ada untuk masa depan.

Fuente