最古老DNA提取纪录诞生!165万年,来自冻土中的猛犸象

澎湃新闻记者 贺梨萍

2021-02-18 10:35 来源:澎湃新闻

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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。猛犸象

猛犸象

“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。猛犸象的牙齿 ​​​

猛犸象的牙齿
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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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责任编辑:李跃群
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关键词 >> 猛犸象,DNA,西伯利亚,冻土,进化,杂交,哥伦比亚猛犸象,长毛猛犸象

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