哈佛大学的科学家们组装了小恐鸟的第一个近乎完整的基因组,这是一种不会飞的鸟类,在波利尼西亚人在13世纪后期定居新西兰后不久就灭绝了。这项成就使已灭绝基因组领域更接近“去灭绝”的目标——通过将基因组滑入活物种的卵子中,像“侏罗纪公园”那样,使消失的物种重获新生。
非营利性保护组织 Revive and Restore 的联合创始人斯图尔特·布兰德说:“随着古代 DNA 分析的每一次改进,去灭绝的可能性都会增加。”该组织旨在复活包括旅鸽和猛犸象在内的已消失物种,它们的基因组大部分已被拼凑在一起。
对于恐鸟来说,它的 DNA 是从博物馆标本的趾骨中重建的,这可能需要更多的基因改造和大量的卵子:鸸鹋产下的 6 英寸长、1 磅重的卵子可能正合适。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章,请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道: 订阅。通过购买订阅,您正在帮助确保关于塑造我们今天世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
关于小恐鸟的研究尚未在期刊上发表(研究人员在公共网站上发布了一篇未经同行评审的论文),但已灭绝基因组这个小世界里的同行们对它赞不绝口。丹麦自然历史博物馆的莫滕·埃里克·阿伦托夫特是恐鸟 DNA和其他已灭绝基因组方面的专家,他称其为“向前迈出的重要一步”。加州大学圣克鲁兹分校的贝丝·夏皮罗领导了 2017 年研究,重建了旅鸽的基因组,她称其“非常酷”,因为它“为我们提供了一个我们以前从未有过的进化分支上的已灭绝基因组”。
已灭绝基因组的组装像科学地下出版物一样传播,在这个领域并不罕见。旅鸽研究的合著者本·诺瓦克说,期刊对论文的要求不仅仅是“它就在这里”。“实际完成的数量可能是正式报告的四个或五个已灭绝基因组的四倍”,“但结果只是放在人们的实验室里。”
近乎完整的已灭绝基因组包括两个人类亲属——尼安德特人和丹尼索瓦人,以及猛犸象和旅鸽。斑驴是第一个 DNA 被测序的已灭绝物种,早在 1984 年的基因组石器时代,但它不符合现代标准。
科学家们也即将重建渡渡鸟和大海雀的基因组,渡渡鸟是在 17 世纪后期从其唯一的家园毛里求斯灭绝的不会飞的鸟类;大海雀则生活在北大西洋,在 19 世纪中期灭绝。上个月,澳大利亚的研究人员公布了塔斯马尼亚虎的基因组,最后一只塔斯马尼亚虎于 1936 年在圈养中死亡。
在每种情况下,步骤都相似。科学家们从博物馆标本中采集组织样本:例如,墨尔本维多利亚博物馆有很多塔斯马尼亚虎标本,而多伦多皇家安大略博物馆有一块不错的小恐鸟趾骨。然后他们提取 DNA。它几乎总是像破碎的酒杯一样严重碎片化,因为“DNA 衰变在死亡后几天内开始,”加州大学圣克鲁兹分校的夏皮罗说。
幸运的是,这不是问题。今天的 高通量基因组测序仪实际上最适合测量得分到数百个核苷酸的 DNA——构成 DNA 的标志性 A、T、C 和 G — 长。
棘手的部分是弄清楚这些片段在基因组中的位置:在哪个染色体上以及以什么顺序排列。为了做到这一点,哈佛大学的艾莉森·克劳蒂埃和其余的小恐鸟团队(在正式发表之前拒绝谈论这项工作)将他们 9 亿个核苷酸分散在数百万个 DNA 片段中,并试图将它们与所有九种恐鸟的近亲鸸鹋的基因组上的特定位置进行匹配。
这使科学家们能够将大约 85% 的基因组放在正确的位置。“剩下的 15% 在他们的数据中,但使用鸸鹋基因组很难组织,”诺瓦克说。将微小的 DNA 片段变成完整的基因组“非常困难。他们能够从小恐鸟趾骨中获得基因组这一事实意义重大,因为现在我们或许能够使用他们的数据来研究其他已灭绝的鸟类物种。”
这是因为鸟类基因组,包括其他八种(全部已灭绝)恐鸟物种,具有相似的结构。也就是说,特定性状的基因倾向于位于同一条染色体上,并以相对于其他基因相似的方式排列。组织测序仪吐出的基因组片段的线索越多越好。
例如,对于旅鸽,夏皮罗和她的古基因组学团队使用了斑尾鸽的基因组来弄清楚如何组织他们的短 DNA 序列。她正在尝试对渡渡鸟做类似的事情,使用尼科巴鸽(最近的现存物种)的基因组作为模板。
普林斯顿大学的博士后研究员查理·费金领导了塔斯马尼亚虎基因组的测序工作,他说,正确地组织基因组“极其困难”。“你可以查看密切相关的物种以寻找线索”,但不能保证能够正确排列已灭绝的基因组。“这种结构确实很重要,但对于[去灭绝成功]来说,它必须达到完美的程度是有争议的。”
例如,对于猛犸象项目,哈佛大学的乔治·丘奇说,科学家们正在对大象染色体进行测序,以更好地了解猛犸象 DNA 的组织方式,他领导着该项目。他们还希望改进自然,通过基因工程将抗疱疹病毒的能力引入猛犸象基因组(如果去灭绝成功,更好地使其存活)。一些科学家认为,疱疹病毒感染帮助杀死了猛犸象。丘奇说,他的实验室的目标是在今年宣布这两个方面的进展。
最好的猜测是,如果科学家通过将重新组装的基因组放入活物种的卵子中来复活已灭绝的物种,那么它很可能不是原始物种的完美复制品。“去灭绝”的旅鸽可能会吃原始物种吃的东西,但具有不同的繁殖和社会行为,例如。
事实证明,在鸟类中,放入卵子的步骤比哺乳动物更难。可以使用产生多莉羊的克隆技术将重建的基因组引入哺乳动物卵子中。但这在鸟类中不起作用——“至少到目前为止是这样,”布兰德说。一种希望是获得一种变通方法,这种方法最近在鸡身上取得了成功,基本上是将基因组放入成为卵子或精子的胚胎细胞中,从而在野生鸟类中获得成功。
布兰德说,这是“Revive and Restore 现在关注的事情之一”。“去灭绝正在逐渐且肯定地到来。它最终将被视为另一种形式的重新引入”,就像将“狼重新引入黄石公园[和]海狸重新引入瑞典和苏格兰”一样。