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遠古生物：猛獁象基因組刷新了最古老的DNA序列記錄
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遠古生物：猛獁象基因組刷新了最古老的DNA序列記錄
圖片來源：Pixabay
科學家從西伯利亞永久凍土層中發現的猛獁象化石中提取出了DNA，該化石距今超過100萬年。該DNA是迄今為止發現的最古老的基因組證據，揭示了長毛象和哥倫比亞猛獁象的進化史。這也增加了從其他遠古生物（包括已經滅絕的人類家族成員）組織中恢複DNA的可能性。
自1984年從當時滅絕不久的斑馬亞種斑驢中提取出兩個短DNA序列以來，研究人員一直致力於從更古老的遺骸中獲取更多DNA。古代DNA提取和測序方法的進步最終揭示了包括洞熊和尼安德特人在內的古生物基因組。2013年，研究人員宣布，他們從一塊70萬年前的馬化石中提取了DNA，那是當時獲得的最古老的基因組數據。然而，盡管這些遺傳物質的年代已足夠久遠，一些專家仍預測，在冰凍環境中保存的化石中，可測序DNA應該能保存100萬年以上。
發表在《自然》上的新發現證實了這一預測。斯德哥爾摩古遺傳學中心的Tom van der Valk和Love Dalén及其同事從不同時期的三隻猛獁象的臼齒提取出了DNA。猛獁象的種類可以根據牙齒特征加以區分。其中一顆牙齒是在大約有70萬年曆史的沉積物中發現的，看起來像早期長毛象（真猛獁象）的牙齒。另外兩顆看起來像草原猛獁象的臼齒，其中一顆可以追溯到100萬年前，另一顆可以追溯到120萬年前或者更早。
從牙齒中提取的遺傳物質早已高度降解，在數千年的時間裏裂成許多小碎片。為將這些碎片重新組裝起來，並過濾掉微生物或其他汙染物中的DNA，研究人員以現代大象的基因組作為參考，就像玩拚圖遊戲的人可能會參照盒子上的圖片一樣。他們從最年輕的化石(長毛象)中總共提取出了數十億個DNA堿基對，約占基因組總數的70%到80%。從第二古老的化石中提取了數億堿基對，約占基因組的25%到30%。最古老化石中提取出的DNA最少，但研究小組仍然對其中約6千萬堿基對進行了測序，這足以讓我們對猛獁象進化有更深入的了解。
圖片來源：Pixabay
猛獁象的化石記錄顯示，大約500萬年前，它們首先出現在非洲，之後分散到世界其他大部分地區，進化成多個物種並存活了數百萬年，直到幾千年前才滅絕。對比新的基因組數據與年輕猛獁象的基因組，研究人員證實了他們的猜測，即長毛象從草原猛獁象進化而來，而且逐漸適應了冰川時期西伯利亞的極度嚴寒。
研究結果還揭示了猛獁象家族另一個分支的驚人之處。研究小組取樣的最古老的猛獁象原來屬於一個此前未知的譜係，該譜係的後代在150萬年前即更新世早期遷徙至北美，並發展成為棲息在北美和中美洲溫帶地區的哥倫比亞猛獁象。他們認為，哥倫比亞猛獁象可能是長毛象與最古老化石標本所屬的猛獁家族成員雜交的產物。
外部專家稱這項工作是古代DNA研究的重大進展。哥本哈根大學的Eske Willerslev表示：“這是一項令人興奮的研究，它發現DNA的存續期超出了十年前該領域許多人所預測的上限。”2013年，Willerslev團隊恢複了70萬年前的馬基因組。他和他的同事們計算得出，100多萬年以前的DNA可以在永久凍土環境中得以保存。“現在這已經被證實了，”他說。
“這是一項非常令人興奮的研究，因為它不僅提前了至今恢複的最古老DNA的時間，而且這些古老猛獁象的DNA為早期猛獁象種群以及後期歐洲和美洲猛獁象起源的研究提供了重要資料。”德國萊比錫馬克斯·普朗克進化人類學研究所的Janet Kelso說。
猛獁象並不是這個時期唯一令人感興趣的生物。Dalén，van der Valk和他們的同事注意到，許多現代哺乳動物和鳥類物種都起源於更新世早期和中期。Dalén在2月16日的電話新聞發布會表示，他的團隊正在著手研究其中一些物種，包括馬、麝牛和各種齧齒類動物。
圖片來源：Pixabay
科學家們能從類似的遠古人類祖先那裏恢複DNA嗎?人類化石的記錄跨度長達700萬年。最古老的人類DNA來自43萬年前的遺骸。“我們知道環境條件對保存DNA很重要。這些猛獁象標本能保存得如此之好，很可能是因為它們死後就一直‘冷凍’保存在西伯利亞北部，”Kelso說，他研究過一些古人類基因組。“目前在這類理想環境中還不曾發現過遠古人類遺骸，因此很不幸，我們對人類曆史的研究仍然受限。”
但並不是完全沒有希望。“每年都會有新方法，”Dalén在電話新聞發布會上說，“說不定再過幾年，我們將有方法恢複來自非永久凍土環境的百萬年前的人類標本中的DNA。”他還補充道，“又或者，未來會有人在永久凍土中發現冰凍的古人類遺骸。”
撰文：Kate Wong，《科學美國人》進化與生態學高級編輯。
翻譯：張乃欣
審校：曾小歡
引進來源：科學美國人
引進鏈接：https://www.scientificamerican.com/article/mammoth-genomes-shatter-record-for-oldest-dna-sequences/
本文來自：環球科學
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圖片來源：Pixabay
科學家從西伯利亞永久凍土層中發現的猛獁象化石中提取出了DNA，該化石距今超過100萬年。該DNA是迄今為止發現的最古老的基因組證據，揭示了長毛象和哥倫比亞猛獁象的進化史。這也增加了從其他遠古生物（包括已經滅絕的人類家族成員）組織中恢複DNA的可能性。
自1984年從當時滅絕不久的斑馬亞種斑驢中提取出兩個短DNA序列以來，研究人員一直致力於從更古老的遺骸中獲取更多DNA。古代DNA提取和測序方法的進步最終揭示了包括洞熊和尼安德特人在內的古生物基因組。2013年，研究人員宣布，他們從一塊70萬年前的馬化石中提取了DNA，那是當時獲得的最古老的基因組數據。然而，盡管這些遺傳物質的年代已足夠久遠，一些專家仍預測，在冰凍環境中保存的化石中，可測序DNA應該能保存100萬年以上。
發表在《自然》上的新發現證實了這一預測。斯德哥爾摩古遺傳學中心的Tom van der Valk和Love Dalén及其同事從不同時期的三隻猛獁象的臼齒提取出了DNA。猛獁象的種類可以根據牙齒特征加以區分。其中一顆牙齒是在大約有70萬年曆史的沉積物中發現的，看起來像早期長毛象（真猛獁象）的牙齒。另外兩顆看起來像草原猛獁象的臼齒，其中一顆可以追溯到100萬年前，另一顆可以追溯到120萬年前或者更早。
從牙齒中提取的遺傳物質早已高度降解，在數千年的時間裏裂成許多小碎片。為將這些碎片重新組裝起來，並過濾掉微生物或其他汙染物中的DNA，研究人員以現代大象的基因組作為參考，就像玩拚圖遊戲的人可能會參照盒子上的圖片一樣。他們從最年輕的化石(長毛象)中總共提取出了數十億個DNA堿基對，約占基因組總數的70%到80%。從第二古老的化石中提取了數億堿基對，約占基因組的25%到30%。最古老化石中提取出的DNA最少，但研究小組仍然對其中約6千萬堿基對進行了測序，這足以讓我們對猛獁象進化有更深入的了解。
圖片來源：Pixabay
猛獁象的化石記錄顯示，大約500萬年前，它們首先出現在非洲，之後分散到世界其他大部分地區，進化成多個物種並存活了數百萬年，直到幾千年前才滅絕。對比新的基因組數據與年輕猛獁象的基因組，研究人員證實了他們的猜測，即長毛象從草原猛獁象進化而來，而且逐漸適應了冰川時期西伯利亞的極度嚴寒。
研究結果還揭示了猛獁象家族另一個分支的驚人之處。研究小組取樣的最古老的猛獁象原來屬於一個此前未知的譜係，該譜係的後代在150萬年前即更新世早期遷徙至北美，並發展成為棲息在北美和中美洲溫帶地區的哥倫比亞猛獁象。他們認為，哥倫比亞猛獁象可能是長毛象與最古老化石標本所屬的猛獁家族成員雜交的產物。
外部專家稱這項工作是古代DNA研究的重大進展。哥本哈根大學的Eske Willerslev表示：“這是一項令人興奮的研究，它發現DNA的存續期超出了十年前該領域許多人所預測的上限。”2013年，Willerslev團隊恢複了70萬年前的馬基因組。他和他的同事們計算得出，100多萬年以前的DNA可以在永久凍土環境中得以保存。“現在這已經被證實了，”他說。
“這是一項非常令人興奮的研究，因為它不僅提前了至今恢複的最古老DNA的時間，而且這些古老猛獁象的DNA為早期猛獁象種群以及後期歐洲和美洲猛獁象起源的研究提供了重要資料。”德國萊比錫馬克斯·普朗克進化人類學研究所的Janet Kelso說。
猛獁象並不是這個時期唯一令人感興趣的生物。Dalén，van der Valk和他們的同事注意到，許多現代哺乳動物和鳥類物種都起源於更新世早期和中期。Dalén在2月16日的電話新聞發布會表示，他的團隊正在著手研究其中一些物種，包括馬、麝牛和各種齧齒類動物。
圖片來源：Pixabay
科學家們能從類似的遠古人類祖先那裏恢複DNA嗎?人類化石的記錄跨度長達700萬年。最古老的人類DNA來自43萬年前的遺骸。“我們知道環境條件對保存DNA很重要。這些猛獁象標本能保存得如此之好，很可能是因為它們死後就一直‘冷凍’保存在西伯利亞北部，”Kelso說，他研究過一些古人類基因組。“目前在這類理想環境中還不曾發現過遠古人類遺骸，因此很不幸，我們對人類曆史的研究仍然受限。”
但並不是完全沒有希望。“每年都會有新方法，”Dalén在電話新聞發布會上說，“說不定再過幾年，我們將有方法恢複來自非永久凍土環境的百萬年前的人類標本中的DNA。”他還補充道，“又或者，未來會有人在永久凍土中發現冰凍的古人類遺骸。”
撰文：Kate Wong，《科學美國人》進化與生態學高級編輯。
翻譯：張乃欣
審校：曾小歡
引進來源：科學美國人
引進鏈接：https://www.scientificamerican.com/article/mammoth-genomes-shatter-record-for-oldest-dna-sequences/
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