Im dauerhaft gefrorenen Boden des Permafrosts, aber auch unter anderen für die Erhaltung günstigen Bedingungen können Gewebe, Knochen und Erbgut über lange Zeiträume hinweg konserviert bleiben. Die DNA aus solchen Funden gibt Wissenschaftlern daher die Chance zu einzigartigen Einblicken in Leben, Evolution und Physiologie vergangener Lebenswelten. Dank solcher Analysen alter DNA haben Forschende wertvolle Einblicke in die Entwicklung des Menschen gewonnen, aber auch das Erbgut ausgestorbener Arten rekonstruiert, darunter eines vor gut einer Million Jahre lebenden Wollhaarmammuts des Eiszeitzeitalters. Allerdings klaffte bisher eine wichtige Lücke: Die DNA kann zwar verraten, welche Gene ein Organismus in sich trägt, nicht aber, ob diese Gene aktiv waren und wie sie reguliert wurden. Auskunft darüber kann hingegen die RNA liefern – die Erbmoleküle, die beispielsweise als Boten-RNA die genetischen Bauanleitungen für Proteine aus dem Zellkern bringen, oder microRNA – kurze RNA-Stücke, die eine wichtige Rolle bei der Regulation der Genaktivität spielen.
RNA-Fahndung bei Permafrost-Mammuts
„Mit RNA erhalten wir direkte Hinweise darauf, welche Gene aktiviert sind, und bekommen so einen Einblick beispielsweise in die letzten Lebensmomente eines Mammuts aus der Eiszeit”, erklärt Erstautor Emilio Mármol von der Universität Stockholm. “Solche Informationen lassen sich allein aus DNA nicht gewinnen.” Bisher galt jedoch die RNA als zu fragil, um lange erhalten zu bleiben, weil sie sehr schnell von Enzymen abgebaut wird. Mármol und sein Team haben nun untersucht, ob dies auch für im Permafrost eingefrorene Mammutrelikte gilt. Für ihre Studie entnahmen sie Proben von zehn im Norden Sibiriens entdeckten Wollhaarmammuts aus der letzten Eiszeit.
„Wir haben die Grenzen der DNA-Gewinnung schon über eine Million Jahre weit in die Vergangenheit verschoben. Nun wollten wir herausfinden, ob wir auch die RNA-Sequenzierung weiter in die Vergangenheit zurückführen können als frühere Studien“, sagt Seniorautor Love Dalén vom Zentrum für Paläogenetik in Stockholm. Das Team nutzte mehrere Methoden der RNA-Sequenzierung und glich die erhaltene RNA mit der des Asiatischen Elefanten ab, um sicherzustellen, dass die rekonstruierten Moleküle auch vom Mammut stammen.
Tatsächlich hatten die Paläogenetiker Erfolg: Bei drei der zehn Mammuts konnten sie RNA-Reste aus den Proben isolieren. Bei einem der Tiere, einem 39.000 Jahre lang im Permafrost mumifizierten Mammut-Jungtier mit dem Spitznahmen “Yuka”, waren besonders viele RNA-Sequenzen erhalten. “Dies sind unseres Wissens nach die ältesten noch erhaltenen Transkriptionssignaturen, die je dokumentiert wurden”, konstatieren Mármol und seine Kollegen. “Diese Mammut-RNA ist mehr als doppelt so alt wie die zuvor von einem Caniden aus dem späten Pleistozän rekonstruierten RNA-Fragmente.” Dies belege, dass RNA unter geeigneten Bedingungen weit länger überdauern könne als bisher angenommen. Insgesamt gelang es dem Team, mehr als 300 Boten-RNAs proteinkodierender Gene aus den Geweben des Mammut-Jungtiers zu identifizieren. Dazu kamen rund 60 verschiedene microRNAs, die die Paläogenetiker aus Muskelzellen von “Yuka” extrahierten. Diese kurzen RNA-Abschnitte tragen keine genetische Bauanleitung für Proteine, sondern regulieren die Proteinproduktion der Zellen durch ihren Einfluss auf die Boten-RNA. Dafür lagern sie sich an bestimmte Abschnitte der Boten-RNA an und beeinflussen so, ob und in welchem Maße deren Proteincode umgesetzt wird.
“Yuka” war kein Weibchen und hatte Stress
Bei der näheren Untersuchung der aus dem Mammut-Jungtier isolierten DNA- und RNA-Sequenzen zeigte sich Überraschendes. Bisher hielten Paläontologen “Yuka” aufgrund bestimmter Merkmale ihrer Genitalregion und der Muskelstruktur für ein Weibchen. Doch vergleichende RNA-Analysen ergaben, dass dieses Tier nur halb so viel DNA von X-Chromosomen besaß als für ein Weibchen typisch. “Das deutet auf die Präsenz von nur einem X-Chromosom hin und damit für einen männlichen XY-Genotyp”, berichten die Forschenden. Mit anderen Worten: Yuka war entgegen bisheriger Annahme ein junges Mammutmännchen. Die Analysen der RNA lieferten einige Einblicke darin, wie es dem Jungtier zum Zeitpunkt seines Todes ging. Viele der rekonstruierten RNA-Moleküle stammten von aktiven Genen, die wichtige Rollen für die Entwicklung von Muskelzellen und die Muskelkontraktion spielen. Auch Boten-RNA, die für die Regulierung des Stoffwechsels unter Stress typisch ist, konnte das Team identifizieren. „Wir fanden Anzeichen für Zellstress, was wenig überrascht“, berichtet Mármol. “Denn frühere Forschung hat bereits darauf hingedeutet, dass Yuka kurz vor seinem Tod von Höhlenlöwen angegriffen wurde.”
Ebenfalls neue Einblicke erhielten die Paläogenetiker durch die aus dem Mammut-Jungtier extrahierten microRNAs. „RNAs, die nicht für Proteine codieren, wie microRNAs, gehörten zu unseren spannendsten Funden“, erklärt Co-Autor Marc Friedländer von der Universität Stockholm. „Die muskelspezifischen microRNAs, die wir in Mammutgeweben gefunden haben, sind ein direkter Beweis für Genregulation in Echtzeit in der Urzeit. So etwas ist erstmals gelungen“, sagt er. Vergleiche der Mammut-RNA mit der moderner Elefanten lieferten auch erste Hinweise auf mammutspezifische Eigenheiten: „Wir fanden seltene Mutationen in bestimmten microRNAs, die eindeutig ihre mammutische Herkunft belegen”, berichtet Co-Autor Bastian Fromm von der Arktischen Universität Norwegens in Tromsø. “Wir konnten sogar neue Gene allein aufgrund von RNA-Nachweisen entdecken – etwas, das zuvor bei so alten Überresten nie versucht wurde.”
Zusammengenommen demonstrieren diese Ergebnisse, dass RNA-Moleküle ganz neue Einblicke in die Biologie längst ausgestorbener Arten ermöglichen können. „Das bedeutet, dass wir nicht nur untersuchen können, welche Gene bei verschiedenen ausgestorbenen Tieren angeschaltet sind“, sagt Dalén. “Es könnte sogar möglich sein, RNA-Viren wie Influenza- und Coronaviren, die in eiszeitlichen Überresten konserviert sind, zu sequenzieren.” Er und sein Team haben nun vor, in weiteren Studien prähistorische RNA mit DNA, Proteinen und anderen erhaltenen Biomolekülen zu kombinieren. „Solche Studien könnten unser Verständnis ausgestorbener Megafauna und anderer Arten grundlegend verändern, indem sie die vielen verborgenen Schichten der Biologie offenbaren, die bis heute in der Zeit eingefroren waren“, sagt Mármol.
Quelle: Emilio Mármol (Universität Stockholm), Cell, doi: 10.1016/j.cell.2025.10.025
