Nature:突破百万年极限,成功提取165万年前猛犸象DNA

2021
02/19

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生物世界
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撰文|王聪
编辑|nagashi
排版|水成文

猛犸象 ,曾在非洲、亚洲、欧洲、北美广泛分布,是地球上曾出现过的最大的哺乳动物,也是冰河世纪最具代表性的物种,然而,随着气候变化,适应寒冷气候的猛犸象逐渐减少,大约5000年前,最后一批猛犸象灭绝,也标志着冰河世纪的结束。

猛犸象无疑是一个迷人的物种,而且,它们灭绝的时间并不久远,因此,许多人希望能复活猛犸象,一睹风采,随着在西伯利亚冻土层发掘到保存较为完好的猛犸象遗体,复活猛犸象的梦想似乎不再遥不可及。

实际上,也确实有人在为之努力,其中就包括哈佛大学遗传学家 乔治·丘奇 (George Church) 大神,他宣称计划复活猛犸象,并将其放归北极地区生活

要想复活猛犸象,第一步就是要获得猛犸象的完整基因组。法国古DNA专家 Ludovic Orlando 于2013年在 Nature 发表论文,在一个56万-78万年历史的马腿骨中成功提取了DNA,这也是之前最古老的基因组数据。

当一个生物体死亡后,其染色体就会破碎成片段,随着时间的推移,DNA链逐渐缩短,以至于即使可以被提取,也无法解读出有用的信息。科学家们一直怀疑, 如果合适的保存条件,古DNA能够保存超过一百万年

实际上,科学家之前就从380万年前鸵鸟蛋化石和177万年前的犀牛牙齿中解析了蛋白质序列,但是蛋白质序列蕴含的信息要比基因组序列信息少得多。因此,科学家们对突破百万年门口的古DNA序列耿耿于怀,以期望从中了解哺乳动物早期历史,以及人类先祖的信息。

2021年2月17日,瑞典斯德哥尔摩大学等单位的研究人员在 Nature 杂志发表了题为: Million-year-old DNA sheds light on the genomic history of mammoths 的研究论文。

研究团队从之前在西伯利亚永久冻土层中发现的三个猛犸象象牙中成功提取了DNA,分别为165万年、130万年、60万年。提取的基因组序列长度在4900万碱基对至37亿碱基对之间。

这是人类首次提取超过100万年的古DNA信息,大幅刷新之前的记录。


由于DNA测序技术生物信息分析技术的进步,研究团队得已从之前发现的三个古老猛犸象化石中提取并分析DNA信息。

其中最古老的名为Krestovka样本,来自165万年前,研究团队从中提取了4900万碱基对的基因组数据,名为Adycha的样本,来自130万年前,从中提取了8.84亿碱基对,名为Chukochya的样本,来自60万年前,从中提取了37亿碱基对。

从象牙化石形状来看,这两个更古老的猛犸象似乎属于草原猛犸象,但进一步基因组分析发现,真实情况要更为复杂,最古老的Krestovka样本的猛犸象,应该是一个全新的猛犸象物种,它已于其他北美猛犸象产生隔离。

进一步分析表明,哥伦比亚猛犸象的祖先一半的血统可以追溯到这一最古老的Krestovka猛犸象,研究团队估计,大约在42万年前,这两种猛犸象血统出现了混合。在当时冰河世纪扩张期间,白令海峡结冰,西伯利亚地区和北美地区连接在了一起,使得许多猛犸象有机会接触并产生杂交。

猛犸象象牙

这项研究的意义在于,人类首次突破100万年门槛,获得了百万年前的DNA信息,这一象征性的突破将鼓励全世界其他研究团队的进一步深入研究。

之前科学家曾在43万年前的洞穴中提取了尼安德特人的古DNA,这也是目前发现的最古老的人类亲戚的DNA。永久冻土层中保存在许多古老物种的信息,这一时间极限是260万年,因为在这之前,温度太高,永久冻土层还未形成。

这些发现提示了我们,合适的环境有可能保存着数百万前古代人类先祖的遗骸,在永久冻土层中寻找古人类DNA将是一个梦想。

参考资料:
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03224-9
https://www.nature.com/articles/d41586-021-00436-x

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关键词:
Nature,猛犸象,DNA,基因组

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