Την τρισδιάστατη δομή του DNA ενός μαμούθ ηλικίας 52.000 ετών κατάφεραν να χαρτογραφήσουν οι επιστήμονες, κάτι που τους δίνει τώρα τη δυνατότητα να συνενώσουν τα κομμάτια του γονιδιώματος του προϊστορικού ζώου με ακρίβεια χωρίς προηγούμενο.

Το αρχαίο DNA συνήθως ανακτάται σε μικρά διάσπαρτα κομμάτια. Από τέτοια κομμάτια οι ερευνητές έχουν καταφέρει να ταυτοποιήσουν νέα είδη πρώιμων ανθρώπων, να ξαναγράψουν την ιστορία της εξημέρωσης των αλόγων και να ανακαλύψουν γιατί και πότε εξαφανίστηκαν ζώα, όπως η αρκούδα των σπηλαίων. Σε σύγκριση με αυτό το συνονθύλευμα κομματιών παζλ του DNA, η έρευνα που οδήγησε στην τρισδιάστατη απεικόνιση του DNA των μαμούθ δημιούργησε κάτι που μοιάζει με μια στοιχισμένη στοίβα τοποθετημένων με τη σωστή σειρά σελίδων Α4 ενός εγγράφου.

Για περισσότερο από έναν αιώνα οι γενετιστές είχαν αμφιβολίες κατά πόσο τέτοιοι τύποι δομών θα μπορούσαν να διατηρηθούν στα απολιθώματα. Στα ζωντανά όντα, τα μόρια DNA περιστρέφονται και κουλουριάζονται καθώς οι πρωτεΐνες ενεργοποιούν και απενεργοποιούν διάφορα γονίδια. Οταν οι οργανισμοί πεθάνουν, αυτά τα μόρια αρχίζουν να θρυμματίζονται, παράγοντας κομμάτια που ταξιδεύουν στον χώρο, όπως μια χρωστική μέσα στο νερό. Το δείγμα DNA από το μαμούθ θρυμματίστηκε, αλλά δεν διασπάρθηκε. Τα κομμάτια μπλοκαρίστηκαν και παρέμειναν στη θέση τους, διατηρώντας άθικτες χρωμοσωματικές δομές με διάμετρο μόλις 50 νανόμετρων (δισεκατομμυριοστών του μέτρου).

Το δείγμα ήταν μια λωρίδα από δέρμα, που προερχόταν από περιοχή κοντά στο αυτί του μαμούθ, η οποία πιθανότατα διατηρήθηκε σε τόσο καλή κατάσταση, επειδή υποβλήθηκε σε επαναλαμβανόμενη διαδικασία ψύξης - ξήρανσης. Λίγο μετά το θάνατο του μαμούθ, οι αιώνιοι πάγοι κάλυψαν το σώμα του. Η χαμηλή θερμοκρασία της τούνδρας επιβράδυνε την κίνηση των μορίων και η αφυδάτωση από την πολύ ξηρή ατμόσφαιρα της τούνδρας είχε αποτέλεσμα να εκλείψει το νερό μέσα από το οποίο θα μπορούσαν να κινηθούν τα κομμάτια του DNA, σταθεροποιώντας εξαιρετικά το δέρμα του ζώου.

Για να ανακτήσουν τα ακριβή χαρακτηριστικά των χρωματοσωμάτων του μαμούθ, οι ερευνητές τροποποίησαν μια διαδικασία γονιδιακής ανάλυσης, που ονομάζεται Hi-C, ώστε να χαρτογραφήσουν τμήματα του DNA, τα οποία ήταν σε επαφή το ένα με το άλλο. Το γενετικό υλικό ομαδοποιήθηκε έτσι σε 28 ζεύγη χρωματοσωμάτων, τον ίδιο αριθμό χρωματοσωμάτων που συναντάται στους ζωντανούς απογόνους των μαμούθ, τον ασιατικό και τον αφρικανικό ελέφαντα, ένδειξη ότι η μέθοδος παρήγαγε αξιόπιστα αποτελέσματα.

Στη συνέχεια, η ερευνητική ομάδα συναρμολόγησε την ακολουθία DNA για να σχηματίσει το πλήρες γονιδίωμα και να εντοπίσει ανεπαίσθητες παραλλαγές στο σχήμα των χρωματοσωμάτων. Συγκρίνοντας τα τμήματα των χρωματοσωμάτων του μαλλιαρού μαμούθ με το DNA του κοντινότερου συγγενούς του, του ασιατικού ελέφαντα, οι ερευνητές εντόπισαν εκατοντάδες γονίδια που λειτουργούσαν διαφορετικά στο δέρμα των δύο ζώων. Εντόπισαν μάλιστα ένα τμήμα που ήταν υπεύθυνο για τη χαρακτηριστική μαλλιαρή μορφή του μαμούθ, η οποία του επέτρεπε να αντιμετωπίζει το ψύχος. Το γονίδιο EGFR, αδρανές στο μαμούθ, αλλά ενεργό στον ασιατικό ελέφαντα, όταν είναι απενεργοποιημένο οδηγεί διαπιστωμένα σε αφύσικα έντονη τριχοφυία, τόσο στον άνθρωπο, όσο και στα πρόβατα.

Οι επιστήμονες ελπίζουν ότι η έρευνα αυτή θα ανοίξει τον δρόμο για τον εντοπισμό και άλλων δειγμάτων από ζώα που έχουν εκλείψει, στα οποία θα μπορέσει να γίνει τόσο ακριβής χαρτογράφηση του γονιδιώματός τους. Σύμφωνα με μια εκτίμηση, η τεχνική μπορεί να είναι αποτελεσματική σε καλοδιατηρημένα δείγματα ηλικίας έως και 2 εκατομμυρίων ετών! Ο επιστημονικός κλάδος της παλαιογενετικής, που εμφανίστηκε τη δεκαετία του 1980, έχει ήδη δώσει αποτελέσματα που κανείς δεν φανταζόταν τότε.

Στους τροπικούς υφάλους στα ανοιχτά του Παλάου, μιας νησιωτικής αλυσίδας ανατολικά των Φιλιππίνων, συναντώνται κάποιες με μια πρώτη ματιά όχι ιδιαίτερα εντυπωσιακές - παρά το μέγεθός τους - αχιβάδες των ρηχών νερών. Πρόκειται για δίθυρα μαλάκια, του γένους Τρίδακνα, γνωστότερα ως γιγαντιαίες αχιβάδες, καθώς ξεπερνούν σε πλάτος το ένα μέτρο. Μια ματιά στο κυματιστό εσωτερικό τους, αποκαλύπτει ιριδίζουσα γαλάζια σάρκα, που φιλοξενεί κάτι το οποίο εκτιμάται ως τα πιο αποδοτικά «ηλιακά πάνελ» που γνωρίζει η επιστήμη.

Παρά τον ιριδισμό του, ο σαρκώδης μανδύας στο εσωτερικό του κελύφους των γιγαντιαίων αχιβάδων ανακλά μόλις το 5% του ηλιακού φωτός που πέφτει πάνω του. Το υπόλοιπο φως απορροφάται και μεγάλο μέρος του διοχετεύεται στα φωτοσυνθετικά φύκη, που τα όστρακα καλλιεργούν μέσα στο σώμα τους, ως πηγή τροφής. Η απορρόφηση του 95% του εισερχόμενου φωτός αποτελεί εξαιρετική βάση για τη φωτοσύνθεση. Τα δάση, όπως αυτά στον Αμαζόνιο, απορροφούν λιγότερο φως, έχοντας έτσι εξαρχής μικρότερη φωτοσυνθετική αποτελεσματικότητα. Οπως διαπιστώθηκε, τα εξειδικευμένα κύτταρα των γιγαντιαίων αχιβάδων, που ονομάζονται ιριδοκύτταρα και καλύπτουν την επιφάνεια του μανδύα, περιέχουν στοιχισμένες σειρές από διαφανή, πλούσια σε πρωτεΐνη πλακίδια, που διαχέουν το φως, καθώς το οδηγούν πιο βαθιά μέσα στην αχιβάδα.

Ταυτόχρονα, τα φύκη είναι διατεταγμένα σε σειρές πάνω σε μικροσκοπικούς σωλήνες, που προεξέχουν από το πεπτικό σύστημα του ζώου και ξεκινούν από κάθε ιριδοκύτταρο, φτάνοντας βαθύτερα στη σάρκα. Είναι σαν η αχιβάδα να έχει φυτέψει αυτές τις ράβδους σε έναν αγρό. Οι επιστήμονες μοντελοποίησαν αυτό το σύστημα και υπολόγισαν ότι η θεωρητική του αποτελεσματικότητα στο πρώτο στάδιο της φωτοσύνθεσης, κατά το οποίο το μόριο της χλωροφύλλης απορροφά ένα φωτόνιο, είναι 43%, δηλαδή διπλάσια από την αποδοτικότητα των καλύτερων φωτοβολταϊκών κυττάρων που είναι διαθέσιμα σήμερα. Προηγούμενες μετρήσεις στο πεδίο είχαν δείξει ακόμη μεγαλύτερη απόδοση, που ξεπερνούσε το 60%, όμως η νεότερη έρευνα εξήγησε τη διαφορά με βάση ένα στοιχείο της συμπεριφοράς των αχιβάδων, οι οποίες κατά τη διάρκεια της ημέρας άλλοτε φουσκώνουν και άλλοτε ξεφουσκώνουν τον μανδύα τους. Παίρνοντας υπόψη και αυτό το χαρακτηριστικό προκύπτει ότι δυνητικά η απόδοση θα μπορούσε να είναι έως και 67%!

Αναζητώντας άλλα φωτοσυνθετικά συστήματα, που ανακλούν λίγο από το φως που πέφτει πάνω τους, οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι αυτό συμβαίνει σε δάση ελάτων, των οποίων οι φωτογραφίες από δορυφόρο μοιάζουν με τις εικόνες του ιστού των αχιβάδων, όπως φαίνονται με το μικροσκόπιο. Οπως τα ιριδοκύτταρα κατευθύνουν το φως προς τα κάτω, έτσι συμβαίνει και με τα νέφη και την ομίχλη σε τέτοια δάση, ενώ τα μεμονωμένα δέντρα λειτουργούν όπως οι μικροσκοπικές δομές φυκών των αχιβάδων. Οι ερευνητές ελπίζουν ότι η δουλειά τους θα βοηθήσει στον σχεδιασμό βιοαντιδραστήρων με φωτοσυνθετικά φύκη και ενδεχομένως να έχει και απρόσμενες εφαρμογές σε άλλους τομείς.

Ορισμένα ζώα έχουν εξελικτικά αποκτήσει την ικανότητα να ανιχνεύουν τα αόρατα ηλεκτρικά πεδία που υπάρχουν στο περιβάλλον. Αυτή η κάπως ...εξωγήινη ικανότητα είναι γνωστή σε ζώα που ζουν στο νερό (π.χ. καρχαρίες) ως ηλεκτροϋποδοχή, αλλά συναντάται πολύ σπανιότερα στα ζώα της ξηράς. Ομως τώρα ερευνητές απέδειξαν πως οι κάμπιες μπορούν να ανιχνεύσουν τα ηλεκτροστατικά πεδία των σφηκών που τις πλησιάζουν. Πρόκειται για την πρώτη τέτοια αλληλεπίδραση θηρευτή - θηράματος που καταγράφεται στη στεριά και στην περίπτωση αυτή είναι το θήραμα που διαθέτει την επιπλέον αίσθηση.

Οι ερευνητές ανακάλυψαν το φαινόμενο μετρώντας αρχικά τα ηλεκτροστατικά φορτία των καμπιών και του συνήθους θηρευτή τους, της κοινής σφήκας. Μετά χρησιμοποίησαν ηλεκτρόδια, ώστε να αναπαράξουν το ηλεκτρικό πεδίο που παράγει μια σφήκα καθώς πλησιάζει μια κάμπια, εκθέτοντας τρία διαφορετικά είδη κάμπιας σε αυτή την «ψεύτικη σφήκα». Ολες οι κάμπιες εκδήλωσαν αμυντική συμπεριφορά. Δύο είδη κουλουριάστηκαν για ώρα, ένα το τρίτο φάνηκε πιο γενναίο και προσπάθησε να δαγκώσει τα ηλεκτρόδια! Μάλιστα οι κάμπιες αντέδρασαν πιο έντονα όταν το ηλεκτρικό πεδίο παλλόταν με τη συχνότητα φτερουγίσματος της σφήκας. Οι επιστήμονες διαπίστωσαν πως οι κάμπιες ανιχνεύουν αυτά τα πεδία μέσω των λεπτών τριχιδίων που καλύπτουν το σώμα τους, τα οποία πάλλονται λόγω του μεταβαλλόμενου ηλεκτροστατικού πεδίου.