科学家发现最古老DNA序列

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  动物的遗传信息最长可以保存多久?一百万年!

  2月17日,据《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。

  这些从猛犸象象牙中提取的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在克列斯托夫卡村附近被发现,是此前未发现的种类,很可能是北美猛犸象的祖先。

  人们不仅对猛犸象的起源有了新认识,对古DNA的研究也更近一步——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,直至分解。这导致即便人类能从中提取遗传信息,很多信息也是不完整的。但在深层冻土中,遗传信息的分解速度变慢,古DNA的保藏时间也能更持久。

  该研究中的猛犸象遗骸最早于1970年代被俄罗斯古生物学家安德烈·谢尔(Andrei Sher)发现,他与瑞典自然历史博物馆的进化遗传学家洛夫·达伦(Love Dalén)合作,尝试从这批遗骸中提取有价值的信息。

  他们从每头猛犸象的牙齿中钻取微小的样本(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。面对已经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。

  “这有点像看着拼图盒上的图片拼拼图。”达伦表示。

  根据遗骸发掘处的岩石携带的磁场信息和遗骸周围其他的啮齿动物骸骨,研究者可以推算出三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。

  研究小组还发现,三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100万年的历史,被认定来自于草原猛犸象,即真猛犸象的直系祖先。

  最古老的猛犸象来自于此前未知的家系,因为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,克列斯托夫卡猛犸象约在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。进化生物学中,有一种观念愈发流行:新物种的形成可以源于杂交,而非源于单个亲本物种的分裂。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,本次的研究意味着,古DNA研究中也出现了杂交证据。

  达伦表示,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?这一问题目前还是未知,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”。达伦表示。

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

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