科学家们从在西伯利亚永久冻土中发现的猛犸象化石中提取了 DNA，这些化石已有超过一百万年的历史。这种 DNA 是迄今为止回收的最古老的基因组证据，它阐明了长毛猛犸象和哥伦比亚猛犸象的进化史。它也提高了从其他同样古老的生物体（包括人类家族的已灭绝成员）中回收 DNA 的可能性。
自从 1984 年从最近灭绝的斑驴亚种中回收了两个短 DNA 序列以来，研究人员一直致力于从更古老的遗骸中获取越来越多的 DNA。古代 DNA 提取和测序方法的进步最终揭示了更久远时代生物的基因组，包括洞熊和尼安德特人。2013 年，研究人员宣布他们已经从70 万年前的马化石中提取了 DNA——这是迄今为止获得的最古老的基因组数据。但尽管这种遗传物质非常古老，一些专家预测，可测序的 DNA 应该可以在冷冻环境中保存的化石中存活超过一百万年。
今天发表在《自然》杂志上的新发现证实了这一预测。斯德哥尔摩古遗传学中心的汤姆·范德瓦尔克 (Tom van der Valk) 和洛夫·达伦 (Love Dalén) 及其同事从属于不同时期的三只猛犸象的臼齿中获得了 DNA。猛犸象物种可以通过牙齿特征来区分。一颗牙齿在被认为大约有 70 万年历史的沉积物中发现，看起来像早期长毛猛犸象Mammuthus primigenius的牙齿。另外两颗牙齿——一颗的年代约为一百万年前，另一颗的年代为 120 万年或更久以前——类似于草原猛犸象Mammuthus trogontherii的臼齿。
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从牙齿中提取的遗传物质高度退化，在数千年中分解成许多微小的碎片。为了重新组装这些碎片并帮助滤除微生物或其他污染物的任何 DNA，研究人员使用了现代大象的基因组作为指导，就像解拼图的人可能会参考盒子上的图像一样。他们总共从最年轻的化石（长毛猛犸象）中回收了数十亿个 DNA 碱基对——约占基因组的 70% 到 80%。他们获得了数亿个碱基对，约占第二古老猛犸象基因组的 25% 到 30%。最古老的化石产生的 DNA 最少，但该团队仍然从中测序了约 6000 万个碱基对——足以深入了解猛犸象的进化。
猛犸象的化石记录表明，它们大约在五百万年前起源于非洲，并在世界大部分地区传播，进化成许多物种，并在几千年前灭绝之前持续了数百万年。通过将新的基因组数据与较年轻的猛犸象的基因组进行比较，研究人员证实了他们的预期，即长毛猛犸象是从草原猛犸象进化而来的，并且他们表明长毛猛犸象逐渐获得了适应冰河时代西伯利亚极端寒冷的特性。
结果还揭示了关于猛犸象家谱的另一个分支的惊喜。该团队采样的最古老的猛犸象被证明属于一个以前未知的谱系，该谱系是 150 万年前在早更新世时期殖民北美并产生了居住在北美洲和中美洲温带地区的哥伦比亚猛犸象的猛犸象的祖先。他们认为，哥伦比亚猛犸象可能是长毛猛犸象与研究人员最古老的化石标本所属谱系成员杂交的产物。
外部专家表示，这项工作代表了古代 DNA 研究的重大进步。“这是一项令人兴奋的研究，它揭示了 DNA 的存活时间超出了该领域许多人十年前预测的上限，”哥本哈根大学的埃斯克·威勒斯列夫 (Eske Willerslev) 评论道，他的团队在 2013 年回收了 70 万年前的马基因组。他和他的同事是计算出超过一百万年历史的 DNA 可以在永久冻土条件下生存的研究人员之一。“现在这已被证明，”他说。
“这是一项非常令人兴奋的研究，不仅因为它将迄今为止回收的最古老 DNA 的年龄推后了，而且因为该团队从这些非常古老的猛犸象中获得的 DNA 为早期猛犸象种群以及欧洲和美洲后来的猛犸象的起源提供了重要的见解，”德国莱比锡马克斯·普朗克进化人类学研究所的珍妮特·凯尔索 (Janet Kelso) 说。
猛犸象并不是这个时期唯一感兴趣的生物。达伦、范德瓦尔克及其同事指出，许多现代哺乳动物和鸟类物种都在早更新世和中更新世开始出现。在 2 月 16 日的新闻电话会议上，达伦表示，该团队正在启动一些针对这些物种的项目，包括马、麝牛和各种啮齿动物。
科学家们能否期望从同样古老的人类祖先那里回收 DNA？人类化石记录跨越长达七百万年。最古老的人类 DNA 来自距今 43 万年前的遗骸。“我们知道环境条件对 DNA 的保存非常重要。这些猛犸象标本的非凡保存可能归功于它们自这些猛犸象死亡以来一直‘冰封’在西伯利亚北部，”研究过许多古代人类基因组的凯尔索说。“迄今为止发现的古代人类并非在如此理想的条件下发现的，因此我们对人类过去的看法不幸地仍然受到限制。”
但并非完全没有希望。“每年方法都有新的创新，”达伦在新闻电话会议上说。“也许在未来的几年里，将会有方法从接近一百万年历史的非永久冻土人类标本中回收 DNA。” 他补充说，“未来很可能有人会发现冰冻在那个年龄的永久冻土中的人类遗骸。”