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编者注:这篇文章将刊登在我们的 1 月刊上,但由于今天《自然》杂志上的一篇出版物而提前发布。
在最后一批猛犸象在苔原上蹒跚走过数千年后,科学家们已经破译了惊人的 50% 的这种巨兽的核基因组,他们在一项新的研究中报告说。早期尝试破译这些冰河时代标志性动物的 DNA 的尝试只产生了极少量的代码。这项新工作标志着首次检索到如此多的已灭绝生物的遗传物质。这项壮举不仅提供了对猛犸象进化历史的深入了解,而且是朝着实现科幻梦想迈出的一步,即能够复活一种早已消失的动物。
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运行。此前,来自已灭绝物种的最大量的 DNA 包含约 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》杂志上报告说,他们已经获得了超过 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。普遍的看法认为,猛犸象是一个物种谱系中的最后一个物种,其中每个物种都繁衍出下一个物种,在任何给定时间只有一个物种存在。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 万年前分化的种群。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,该研究表明多种猛犸象物种共存。“看起来存在我们以前无法仅使用化石检测到的物种形成,”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。
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(猛犸象的近亲)的基因组完成,这将作为如何重建已灭绝动物基因组的路线图。
有了猛犸象及其最近的现存亲属亚洲象的完整基因组,科学家们或许有一天能够将猛犸象从死亡中带回来。“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,他现在认为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。
(舒斯特认为,最近克隆冷冻小鼠不适用于猛犸象,因为小鼠体型小,因此冻结速度很快,而猛犸象尸体需要数天才能结冰——这种延迟可能会导致过多的 DNA 降解,从而无法进行克隆。)
在不久的将来,生物学家希望深入了解诸如猛犸象如何适应它们寒冷的世界以及导致它们灭绝的因素等谜团。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而遗传多样性下降的图表。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,可能因感染于 1936 年灭绝)那里获得的 DNA 进行测序。他们想将其 DNA 与密切相关的袋獾的 DNA 进行比较,袋獾目前正受到一种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而另一个物种没有灭绝,然后将该[知识]用于保护工作,”米勒说。如果研究发现与生存相关的基因,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 最伟大的希望或许不是复活死者,而是保护生者。