Forntida elefanter och mastodonter var helt okej med att ha ben mellan olika arter

Ny forskning som publiceras idag i Proceedings of the National Academy of Sciences visar att forntida elefanter i hög grad var en produkt av korsning mellan arter. Elefanter – både de från det forntida förflutna och de som lever idag – formades av denna parningspraxis, men det är inget som de två kvarvarande elefantarterna ägnar sig åt längre.

Interkreation mellan närbesläktade däggdjursarter är ganska vanligt. Goda exempel i dag är brunbjörnar och isbjörnar, orangutanger från Sumatra och Borneo samt eurasiska guldschakaler och gråvargar. Evolutionen gör ett ganska bra jobb när det gäller att skapa nya fördelaktiga egenskaper med hjälp av slumpmässiga mutationer, men det finns inget som liknar korsning, där egenskaper från två olika arter blandas. Våra forntida förfäder var faktiskt också intresserade av att korsa sig. Anatomiskt moderna människor umgicks med neandertalare och denisovaner. Så på ett sätt är vi också en slags hybridart.

Elefanter har, som den nya studien påpekar, ett liknande förflutet – om än i en omfattning som inte tidigare uppskattats.

”Korsningar kan bidra till att förklara varför mammutar var så framgångsrika i så olika miljöer och under så lång tid, säger Hendrik Poinar, evolutionär genetiker vid McMaster University och medförfattare till studien, i ett uttalande. ”Viktigt är att dessa genomiska data också talar om för oss att biologin är rörig och att evolutionen inte sker på ett organiserat, linjärt sätt.”

För studien sekvenserade huvudförfattaren Eleftheria Palkopoulou från Harvard Medical School tillsammans med kollegor från McMaster, Broad Institute of MIT and Harvard, Uppsala University och Potsdams universitet 14 genomer från flera levande och utdöda elefantarter, däribland flera genom av ulliga mammutar, ett genom av colombianska mammutar (en vetenskaplig nyhet), flera genom av asiatiska elefanter, ett par genom av afrikanska skogselefanter, två genom av elefanter med raka tänder, två genom av afrikanska savanneelefanter och, otroligt nog, ett par genom av amerikanska mastodonter (som tekniskt sett inte är elefanter). Otroligt nog kunde forskarna generera genomer av hög kvalitet från prover som inte har frysts ner och som är mer än 100 000 år gamla; gensekvenser extraherades från bitar av ben och tänder som hittades i välbevarade kvarlevor.

”Den kombinerade analysen av data över hela arvsmassan från alla dessa gamla elefanter och mastodonter har dragit upp ridån för elefanternas befolkningshistoria, och avslöjat en komplexitet som vi helt enkelt inte var medvetna om tidigare”, säger Poinar.

Forskarna fick till exempel veta att den forntida elefanten med rak tand – en utdöd art som trampade runt i Europa mellan 780 000 och 50 000 år sedan – var en hybridart, där delar av dess DNA liknade en forntida afrikansk elefant, den ulliga mammuten och skogselefanter, varav de senare fortfarande finns kvar i dag. De upptäckte också ytterligare bevis för att stödja förslaget att två arter av mammutar – den colombianska mammuten och den ulliga mammuten – korsar sig med varandra. Denna idé föreslogs först av Poinar 2011. Trots sina olika livsmiljöer och storlekar stötte dessa varelser troligen på varandra i närheten av istidsgränser och i mer tempererade områden i Nordamerika. Det borde faktiskt inte komma som en överraskning att dessa uråldriga elefanter ofta stötte på varandra; under en tid hade mammutarna ett revir som sträckte sig från dagens Portugal och Spanien ända till USA:s östkust.

Forskarna fick också veta att de två fortfarande levande elefantarterna, skogs- och savannelefanter, skiljde sig från en gemensam förfader för cirka 2 till 5 miljoner år sedan, men att de har levt i nästan fullständig isolering under de senaste 500 000 åren. Trots att de lever i närliggande livsmiljöer gillar dessa elefanter inte att blandas.

”Observationsmässigt visste människor att Savanna- och Skogselefanter inte hade mycket korsning. När de gjorde det skulle avkomman inte överleva bra”, säger Rebekah Rogers, en evolutionär genetiker vid Berkeley som inte var inblandad i den nya studien, till Gizmodo. ”Den här artikeln berättar för oss att elefanterna inte smög runt bakom ryggen på oss eller förde gener vidare i lägre grad. Genetiken tyder på att graden av framgångsrik korsning var mycket låg.”

Rogers sa att artikeln också berättar att det som vi ser som stora fysiska olikheter kanske inte är så stora skillnader för elefanterna.

”När vi tittar på mammutar jämfört med elefanter lägger vi genast märke till deras päls, deras puckel och skillnader i deras cirkulationssystem”, sade hon. ”Den här artikeln tyder på att vi kan se att de korsar sig mer framgångsrikt än afrikanska savannelefanter och skogselefanter, som för oss ser så lika ut.”

Rogers är särskilt glad över att forskarna lyckades få fram genetiska sekvensdata för en elefant från Borneo. Detta är mycket små populationer som har varit isolerade under en längre tid, och resultaten av den nya studien stämmer överens med denna verklighet genom att avslöja deras mycket låga genetiska mångfald.

”Det här är en ganska häftig studie”, säger Vincent J. Lynch, en evolutionär genetiker från University of Chicago som inte var inblandad i forskningen, till Gizmodo. ”Arbetet är bra och jag ser inga allvarliga begränsningar eller förbehåll. Den fylogeni som de rapporterar är väl underbyggd.”

För Lynch var den mest överraskande aspekten av studien just hur mycket hybridisering av förfäder som pågick i elefanternas historia, särskilt mellan raka-tusker och ullmammutar. Han säger också att den nya studien är ett utmärkt exempel på öppen vetenskap.

”Den afrikanska elefantens genom offentliggjordes 2005 och publiceras formellt först i och med den här artikeln”, säger han till Gizmodo. ”Det är 13 år under vilka vi och andra personer har kunnat använda den afrikanska elefantens genom i vår egen forskning. På gammaldags sätt skulle man ha hållit detta genom bakom stängda dörrar, med endast ett fåtal utvalda personer som hade tillgång till det. Genom att släppa genomet 2005 ger det samhället en chans att föra vetenskapen framåt medan dessa författare gör det hårda arbetet med att sekvensera alla dessa andra elefantgenom för sin studie.”

För att blicka framåt vill forskarna undersöka hur (och om) blandningen av genetiska egenskaper kan ha varit fördelaktig för elefanternas utveckling, som till exempel en ökad tolerans för höljda livsmiljöer och klimatförändringar.