解读猛犸象

科学家完成一半长毛猛犸象基因组的测序

在最后一批长毛猛犸象在苔原上蹒跚走过数千年后,科学家们已经完成了这种巨兽核基因组惊人的 50% 的测序。早期对这些冰河时代标志性动物 DNA 进行测序的尝试只产生了极少量的代码。这项新工作标志着首次从已灭绝生物身上获取如此大量的遗传物质。这项壮举不仅为了解猛犸象的进化史提供了 insights,而且还是朝着实现复活早已逝去的动物这一科幻梦想迈出的一步。

由宾夕法尼亚州立大学的韦伯·米勒 (Webb Miller) 和斯蒂芬·C·舒斯特 (Stephan C. Schuster) 领导的研究人员从两只西伯利亚长毛猛犸象的毛发中提取了 DNA,并通过一台进行所谓高通量测序的机器进行了分析。此前,从已灭绝物种中获得的最大 DNA 量约为 1300 万个碱基对——甚至不到基因组的 1%。现在,该团队在 11 月 20 日出版的《自然》杂志上报告称,他们获得了超过 30 亿个碱基对。“这是一项技术突破,”安大略省麦克马斯特大学的古代 DNA 专家亨德里克·N·波伊纳 (Hendrik N. Poinar) 说。

对序列的解读仍处于初期阶段,但结果已经帮助推翻了长期以来对长鼻目动物过去的假设。普遍的观点认为,长毛猛犸象是一个物种谱系中的最后一个物种,每个物种都孕育了下一个物种,任何给定时间都只存在一个物种。核 DNA 显示,提供 DNA 的两只猛犸象彼此之间差异很大,而且它们似乎属于 150 万到 200 万年前分化的人群。这一发现证实了最近一项对细胞能量产生细胞器(称为线粒体 DNA)中相对较短的 DNA 片段的研究结果,该研究表明,多种长毛猛犸象共存。“看起来存在我们以前仅使用化石无法检测到的物种形成,”纽约市美国自然历史博物馆的罗斯·D·E·麦克菲 (Ross D. E. MacPhee) 观察到。


支持科学新闻事业

如果您喜欢这篇文章,请考虑通过 订阅来支持我们屡获殊荣的新闻报道。通过购买订阅,您正在帮助确保未来能够继续讲述关于塑造我们当今世界的发现和想法的有影响力的故事。


到目前为止,猛犸象基因组仅以片段形式存在:尚未组装完成。研究人员正在等待非洲草原象(长毛猛犸象的近亲)基因组的完成,这将为如何重建已灭绝动物的基因组提供路线图。

有了猛犸象及其最近亲缘关系亚洲象的完整基因组,科学家们可能有一天能够将猛犸象从死亡边缘拉回来。“一年前我会说这是科幻小说,”舒斯特评论道。但由于这项测序成就,他现在相信理论上可以修改大象卵细胞中的 DNA,使其与毛茸茸的表亲相匹配,方法是人为地将适当的替换引入遗传密码。根据对猛犸象和大象 DNA 的初步比较,他估计大约 40 万次改变将产生一种看起来很像猛犸象的动物;一个完全相同的复制品将需要数百万次改变。

(舒斯特认为,最近克隆冷冻小鼠不适用于长毛猛犸象,因为小鼠体型小,因此可以快速冷冻,而猛犸象的尸体则需要数天才能结冰——这种延迟可能会导致 DNA 降解过多,无法进行克隆。)

在较近的时期,生物学家们希望深入了解诸如长毛猛犸象如何适应其寒冷世界以及哪些因素导致其灭绝等谜团。米勒指出,通过研究来自不同时期的多只猛犸象的基因组,研究人员将能够绘制出随着物种灭绝遗传多样性的下降图。猛犸象和其他物种的衰落可能包含对现代濒危动物的教训,他说。

事实上,该团队现在正在对他们从袋狼(一种澳大利亚有袋动物,于 1936 年灭绝,可能是由于感染)获得的 DNA 进行测序。他们想将其 DNA 与密切相关的袋獾进行比较,袋獾目前正受到毁灭性面部癌症的威胁。

“我们希望了解为什么一个物种灭绝了而另一个物种没有,然后将 [知识] 用于保护工作,”米勒说。如果研究发现了与生存相关的基因,科学家可以使用这些信息为袋獾制定育种计划,以最大限度地提高种群的遗传多样性——并增加赋予免疫力的基因的频率。古代 DNA 最伟大的希望也许不是复活死者,而是保护生者。

凯特·王 (Kate Wong) 是一位屡获殊荣的科学作家,也是《大众科学》的高级编辑,专注于进化、生态学、人类学、考古学、古生物学和动物行为学。她对人类起源着迷,已经报道了 25 年以上。最近她开始痴迷于鸟类。她的报道带她去了尼安德特人曾经居住的法国和克罗地亚的洞穴,去了肯尼亚图尔卡纳湖的岸边寻找世界上最古老的石器工具,去了马达加斯加进行探险,以挖掘古代哺乳动物和恐龙,去了南极洲的冰冷水域,座头鲸在那里饕餮磷虾,以及在康涅狄格州周围进行 “重大一日” 比赛,在 24 小时内尽可能多地找到鸟类物种。凯特与唐纳德·约翰森 (Donald Johanson) 合著了《露西的遗产:探寻人类起源》。她拥有密歇根大学生物人类学和动物学理学学士学位。在 X (前身为 Twitter) 上关注王 @katewong

更多作者:凯特·王 (Kate Wong)
大众科学 Magazine Vol 300 Issue 1本文最初以“解读猛犸象”为标题发表于《大众科学》杂志 第 300 卷第 1 期(),第 26 页
doi:10.1038/scientificamerican0109-26
© . All rights reserved.