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《自然》杂志:从超过100万年的猛犸象标本中检索到DNA

《自然》杂志:从超过100万年的猛犸象标本中检索到DNA

《自然》杂志:从超过100万年的猛犸象标本中检索到DNA

《自然》杂志:从超过100万年的猛犸象标本中检索到DNA

(蜘蛛网eeook.com报道)据cnBeta:外媒CNET报道,2002年,当Love Dalén第一次作为博士生开始研究古代动物DNA时,他的一位同事建议研究旅鼠。“每个人都在研究猛犸象,”这位同事告诉Dalén,“这很有竞争力。”多年来,这些古老的长鼻动物一直吸引着公众和科学家的想象力--当 Dalén机会研究著名的长毛猛犸象时,他无法抗拒。他想了解为什么这些生物会灭绝。

但在周三,Dalén和其他21位科学家研究了长毛猛犸象时间线的另一端:它的起源。在发表在《自然》杂志上的一篇具有历史意义的论文中,该团队宣布他们从超过100万年的猛犸象标本中检索到了DNA--完成了迄今为止年代最为久远的史前生物的基因测序工作。

“这是一篇惊人的论文,”澳大利亚格里菲斯大学的古DNA研究人员Sally Wasef说。她并未参与这项研究。

该研究取得了两个方面的突破。首先,该团队能够从牙齿样本中分离出短小、降解的DNA片段,并通过最近测序和数据分析技术的改进获得遗传密码。

为了对古老的DNA进行测序,该团队检查了几十年前在西伯利亚永久冻土中出土的三只不同猛犸象的臼齿。“我们知道其中一些牙齿来自最早的长毛猛犸象,” Dalén说。他表示,团队从俄罗斯的合作者那里“得到了这些牙齿的小块根部”,这些用于研究的牙齿通常重达几公斤。对于一只巨型猛犸象来说,由于西伯利亚高纬度地区存在的冰冷温度,这些臼齿受到保护,不会退化。

DNA的降解给科学家们寻找的年代带来了一个上限。随着时间的推移,DNA会分解成细小的碎片,然后也会和很多其他来自环境的DNA混合在一起。“开始变得很难发现猛犸象DNA、细菌DNA、人类DNA和植物DNA之间的区别,”Dalén说。在大约150万年后,它变得太过退化,科学家们无法将其拼凑起来。

在这项新的研究中,该团队正处于极限运行状态。利用高通量测序和先进的计算分析,该团队以现代大象基因组为蓝本,将三个标本的DNA拼接在一起。这也有助于对这些野兽的年龄进行测定。其中两个被称为Krestovka和Adycha的样本,分别有165万和134万年的历史。第三个更年轻的标本Chukochya,距今约87万年。

DNA序列也带来了第二个突破。研究小组能够利用这三个样本,评估一百万年前猛犸象的进化和标本化。Krestovka的数据指出了一个全新的猛犸象血统,此前科学界并不了解。这对该团队来说是个惊喜。

“我们以为回到100万年左右的一切都会是长毛猛犸象的祖先,”Dalén指出。“事实证明,一百万年前有两种不同类型的猛犸象”在西伯利亚漫游。

该团队无法获得足够的数据来真正说明Krestovka的血统是什么样子的,但他们可以表明Krestovka并没有对长毛象的起源做出贡献。

相反,它很可能是在大约200万年前从长毛猛犸象的祖先中分裂出来的,然后产生了哥伦布猛犸象--一个存在于气候更温暖的北美洲的物种。哥伦布猛犸象大约在150万年前的某个时候到达了那里,所以时间线非常吻合。Krestovka和长毛猛犸象可能进行了杂交,产生了哥伦布猛犸象。研究小组的理由是,在这一过程中发生了这种杂交,但要了解哥伦布猛犸的起源还需要做更多的工作。

这两项突破都将有助于进一步推进古基因组学,即研究已灭绝物种的古老DNA。

相关报道:百万年前猛犸象藏最古老DNA

(蜘蛛网eeook.com报道)据中国科学报(袁柳):动物的遗传信息最长可以保存多久?100万年!

2月17日,《自然》上线的一项研究报道,古生物学家在西伯利亚东北部的永久冻土层中提取并解析了3头猛犸象的遗传物质,它们分别来自于70万年、100万年和120万年前。这些遗传物质还揭示了猛犸象的谱系。其中一头草原猛犸象是真猛犸象的直系祖先,还有一头猛犸象遗骸是此前未发现的种类,很可能是北美猛犸象的祖先。

人们不仅对猛犸象起源有了新认识,对古DNA的研究也更进一步——在此之前,最古老的DNA测序纪录是75万年前,来自一匹马的大腿骨。

生物体死亡后,染色体会成为碎片,碎片长度随时间推移越来越短,直至降解。但在深层冻土中,遗传信息降解速度变慢,古DNA保藏时间更持久。该研究中的猛犸象遗骸最早于上世纪70年代被俄罗斯古生物学家Andrei Sher发现。他与瑞典自然历史博物馆进化遗传学家Love Dalén合作,尝试从中提取有价值的信息。

他们从每头猛犸象的牙齿中钻取微量样本(大小约等于一撮盐),并从中提取包含上千乃至上亿碱基对的DNA。面对已降解成数十亿片段的遗传信息,研究小组比对了已有的大象和猛犸象测序数据。“这有点像看着盒上的图片拼拼图。”Dalén表示。

根据遗骸发掘处岩石的磁场信息及周围其他的啮齿动物骸骨,研究者推算出3头猛犸象遗骸的产生时间。将样本的几个基因和已知的遗传特征关联,研究者确认这些猛犸象在当时已经具备了适应极端寒冷气候的能力,它们有厚实的毛皮和充足的脂肪堆积。

研究者还发现,3头猛犸象的基因样本不同于北美猛犸象和哥伦比亚猛犸象。其中第二古老的猛犸象遗骸有100万年历史,被认定来自草原猛犸象,即真猛犸象的直系祖先。最古老的猛犸象来自此前未知的“血统”,因为被发现于克列斯托夫卡而以这一村庄的名字命名。研究人员推断,该类猛犸象约在150万年前进入北美,之后与真猛犸象发生杂交,从而形成了北美大陆的独特亚种——北美猛犸象。

这一系列发现大大增加了科学家对猛犸象的了解。此前,有研究者找到过真猛犸象和哥伦比亚猛犸象的杂交证据,该研究表明古DNA研究中也出现了猛犸象的杂交证据。

Dalén表示,突破百万年的门槛,意味着古DNA研究者有望进一步探索其他哺乳动物的早期历史。化石中最古老的生物分子信息可见于鸵鸟、犀牛等动物,它们蛋壳或牙齿中包含的蛋白质序列比DNA更易保存。而这些样品往往来自于有人为残留物的考古现场。

那么,人们有没有可能从冻土中发现人类近亲的遗传信息呢?这一问题的答案目前还尚未找到。不过,冻土中的古DNA年限限制很容易确定。“260万年,这是永久冻土的极限。在那之前,地球太温暖了。”Dalén说。

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-021-03224-9

相关报道:165万年,最古老DNA提取纪录诞生

(蜘蛛网eeook.com报道)据澎湃新闻:DNA能被提取的最久远纪录是多少?最新纪录是:165万年,提取自西伯利亚永久冻土中的猛犸象牙齿之中。此前的DNA保存纪录来自加拿大育空地区,一段距今56万-78万年前的马腿骨。

当地时间2月17日,国际权威学术期刊《自然》刊发了这一最新发现。科学家从1970年代挖掘的一组猛犸象牙齿样本中提取出DNA,并鉴定出一种新的猛犸象物种,该物种的后代在美洲一度繁衍壮大。

“我喜欢这篇论文。我一直在等待,已经等了八年了。”法国人类学和图卢兹基因组学中心的古DNA专家路德维希·奥兰多(Ludovic Orlando)说。他可能是最受此次发现影响的人,奥兰多及其团队在2013年创造了此前最古老DNA提取鉴定纪录,他们是在马腿骨中提取基因组的。

科学家此前假设,如果能够找到合适的样本,古老的DNA可以存在超过一百万年。生物体死亡后,其染色体就会破碎成碎片,随着时间的推移,染色体会变短。最终,DNA链变得如此之小,以至于即使可以被提取,也会丢失过多的遗传信息。

奥兰多的研究小组发现,来自加拿大育空地区的马骨中的遗传信息即使是短至25个DNA字母的碎片,仍可被解释。他们预计,在冻土常年不化的情况下,一百万年前的遗骸如果保存完好,也应包含这种长度水平的DNA片段。奥兰多表示,唯一的问题是,是否存在这样的样本?

斯德哥尔摩瑞典自然历史博物馆的进化遗传学家洛夫·达伦(Love Dalén)自2007年首次遇到庞大的猛犸象遗骸以来,就一直致力于基因测序。这些猛犸象遗骸由俄罗斯古生物学家安德烈·谢尔(Andrei Sher)挖掘。经过达伦鉴定,这里面有一头真猛犸象(Mammuthus primigenius)和两个被称为草原猛犸象(Mammuthus trogontherii)的前身。

达伦希望样本中提取的DNA信息能够透露真猛犸象或其他猛犸象的进化过程,但是他之前对这一想法并不乐观。因为近年来,冻土层中发现的许多年代比较近的猛犸象残骸提取结果都不是太好。达伦表示,并不是永久冻土中发现的所有东西都可以正常工作,很多DNA片段都是无效的。

从谢尔挖掘的三个猛犸象臼齿中,有两个是从超过一百万年的沉积物中回收的,含有的DNA很少。达伦说,要不是这些样本够老,他可能已经将它们放弃了。

但是,由于测序技术和生物信息学的进步,他的团队设法从最古老的样本中获得了4900万碱基对信息,该样本位于一个名为Krestovka的村庄附近,故而被命名为Krestovka。而另一颗牙齿则提取出8.84亿碱基对,被命名为Adycha。对DNA的分析表明,Krestovka样品的距今165万年,而Adycha样品的寿命为130万年。第三个样本是一个有60万年历史的被称为Chukochya的猛犸象牙齿,提取到了近37亿个碱基对的DNA,这超过了其31亿个碱基对的基因组的长度。

从形状上看,两个最古老的牙齿看起来像属于草原猛犸象,是欧洲物种。研究人员认为它们早于长毛猛犸象和北美的哥伦比亚猛犸象(Mammuthus columbi)。但是它们的基因组描绘了一幅更为复杂的图景。Adycha样本是长毛猛犸象的早先血统之一,但Krestovka标本显然不是。

达伦的团队发现Krestovka属于全新的物种。尽管Krestovka的样本来自俄罗斯,但他怀疑该其血脉分离出了一部分与其他物种杂交,并形成了北美猛犸象物种。研究小组发现,北美的哥伦比亚猛犸象的祖先有一半是Krestovka猛犸象血统,另一半是长毛猛犸象的。达伦估计,这两个血统在42万年前混合在一起。

新物种可以通过杂交混合,而不是从一个亲本物种分裂而形成的想法在进化生物学家中越来越流行。奥兰多说,但这是古代DNA“杂交物种”的第一个证据,“这真太了不起了。”

达伦说,通过突破DNA保存一百万年的门槛,古DNA研究人员也许能够了解其他大小哺乳动物的早期历史。现在,他实验室正在研究非常古老的麝香牛、驼鹿和旅鼠的永久冻土样品。

猛犸象DNA不能代表化石记录中最古老的生物分子信息。2016年,研究人员报告了来自非洲坦桑尼亚380万年历史的鸵鸟蛋壳的蛋白质序序列。2019年,另一个团队对来自美国乔治亚州的177万年历史的犀牛牙齿的蛋白质进行了分析。不过,蛋白质序列往往比DNA缺乏有关生物遗传的信息。但是蛋白质分子要坚硬得多更易保存,因此研究人员可以使用它们从没有多年冻土的地方发现的非常古老的生物信息。

研究人员说,在多年冻土层中发现几百万年前的古代人类亲属遗骸的机会非常低。但是达伦认为,合适的环境(例如洞穴)可能会产生年代久远的样品。来自西班牙洞穴的尼安德特人早期遗骸可追溯到430000年前,代表迄今发现的古代人类亲戚的最古老DNA。

至于古代DNA的年限,达伦表示很容易确定:“ 260万年。那就是永久冻土的极限。在那之前,气候太温暖了。”




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