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圖片來源：Thomas Quine CC BY 2.0

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DNA在化石之中可以存活多久？當(dāng)有機(jī)體死亡之后，其染色體就會(huì)分裂成碎片，隨著時(shí)間的推移，DNA變得越來越短，使得科學(xué)家即使能成功地將它們提取出來，也難以對它們進(jìn)行拼接或解讀出它們原本所蘊(yùn)含的遺傳信息。

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有理論研究表明，現(xiàn)有的最先進(jìn)技術(shù)可以恢復(fù)超過一百萬年的古DNA。但是很長一段時(shí)間以來，對于古DNA來說，“一百萬年”就像一道難以突破的關(guān)卡。自2013年以來，最古老DNA的記錄一直由古遺傳學(xué)家Ludovic Orlando所測序的一匹馬所保持。當(dāng)時(shí)，Orlando和他的團(tuán)隊(duì)對一匹生活在560,000至780,000年前的馬的腿骨進(jìn)行了DNA測序。他們在腿骨中發(fā)現(xiàn)了一些非常短的DNA碎片，其中有些甚至只有25個(gè)堿基對長。盡管如此，他們?nèi)匀粡娜绱硕痰腄NA碎片中讀取到了遺傳信息。

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而今天的故事，與3顆埋藏在西伯利亞東北部的永久凍土中的古老動(dòng)物牙齒有關(guān)。這3顆牙齒屬于早已滅絕的猛犸象，長期以來，它們在寒冷的凍土中度過了漫長的歲月，直到20世紀(jì)70年代才被人發(fā)現(xiàn)并挖掘。

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在一項(xiàng)新的研究中，瑞典自然歷史博物館的進(jìn)化遺傳學(xué)家Love Dalén和他的團(tuán)隊(duì)通過從這些牙齒中提取到的DNA，刷新了已知的最古老DNA記錄，并確認(rèn)了一種新的、之前未知的猛犸象。他們發(fā)現(xiàn)，一些棲息在北美的長毛巨獸，可能是真猛犸象（Mammuthus primigenius）和這種新猛犸象物種的雜交后代。研究結(jié)果發(fā)表在了最近的《自然》雜志上。

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自2007年起，Dalén就開始考慮對猛犸象進(jìn)行DNA測序。他希望通過從化石樣本中提取到的DNA，來了解不同猛犸象的進(jìn)化過程。在此之前，他曾成功的對一頭真猛犸象，以及兩頭草原猛犸（Mammuthus trogontherii）的臼齒進(jìn)行過DNA測序。

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這一次，Dalén和他的團(tuán)隊(duì)通過采用最先進(jìn)的測序技術(shù)，成功地從挖掘于永久凍土的猛犸象臼齒樣本中捕捉到了古老DNA。第一個(gè)樣本發(fā)現(xiàn)于一個(gè)名叫克萊斯托夫卡（Krestovka）的村莊，他們從這一樣本中獲取了4900萬堿基對的核DNA；第二個(gè)樣本挖掘與一個(gè)名叫阿德?。ˋdycha）的地方，他們從中獲得了8.84億堿基對；第三個(gè)樣本發(fā)現(xiàn)與一個(gè)名叫丘科奇亞（Chukochya）的地方，科學(xué)家從中讀取到了近37億對DNA堿基對。

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通過DNA分析表明，第一顆牙齒樣本和第二顆牙齒樣本最為古老：挖掘自克萊斯托夫卡的樣本已有165萬年的歷史；挖掘自阿德恰的樣本大約已有130萬年的歷史；而來自丘科奇亞的樣本則屬于一頭60萬年前的猛犸象。

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從形狀上看，最古老的這兩顆牙齒樣本似乎同屬于草原猛犸。草原猛犸被認(rèn)為是歐洲大陸的一種物種，有研究表明，草原猛犸的出現(xiàn)時(shí)間比真猛犸象以及北美的哥倫比亞猛犸（Mammuthus columbi）更早。但從這兩顆牙齒的基因組所延伸出的信息卻令人迷惑，因?yàn)镈NA分析結(jié)果表明，克萊斯托夫卡和阿德恰的牙齒樣本屬于兩個(gè)不同的猛犸象物種。阿德恰的樣本部分屬于草原猛犸譜系的一部分，這一部分后來發(fā)展成為了真猛犸象；但克萊斯托夫卡的樣本的DNA分析結(jié)果則沒有顯示出這樣的跡象，它可能屬于一個(gè)全新的未知的猛犸象譜系。

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研究人員推測，克萊斯托夫卡猛犸象可能在200多萬年前就與它的親戚分離了。他們認(rèn)為，盡管這種樣本出土自俄羅斯，但它所屬的物種的譜系或許是在北美時(shí)與就其他草原猛犸象發(fā)生了分離。

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此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)，這種未知物種可能曾與真猛犸象雜交在一起，產(chǎn)生了在42萬年前生活在北美地區(qū)的哥倫比亞猛犸象。因?yàn)樗麄兺ㄟ^分析哥倫比亞猛犸象的DNA后，發(fā)現(xiàn)哥倫比亞猛犸象的祖先有一半可以追溯至這種克萊斯托夫卡猛犸象，還有一半可以追溯到真猛犸象。這是首個(gè)來自古DNA的雜種物種形成（hybrid speciation）證據(jù)。

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猛犸象的進(jìn)化歷程。| 素材來源：Nature

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值得強(qiáng)調(diào)的是，這次測序的猛犸象DNA并不是從化石記錄中提取到的最古老生物分子信息。2016年，有研究人員報(bào)告了從380萬年前的鴕鳥蛋殼中測得了蛋白質(zhì)序列；2019年，有研究團(tuán)隊(duì)從177萬年前的犀牛牙齒中捕捉到了蛋白質(zhì)。不過提取到古DNA的優(yōu)勢在于，相比于蛋白質(zhì)，從DNA序列中所能獲取的關(guān)于生物起源的信息要多得多。

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新的結(jié)果增加了科學(xué)家所掌握的猛犸象遺傳信息，這對于想要了解猛犸象的地理分布，以及它們是如何進(jìn)化的、有著怎樣的外形特征、為何有著如此大的多樣性來說意義重大。

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一直以來，出現(xiàn)一個(gè)具有百萬年歷史的基因組是許多古生物學(xué)家和古遺傳學(xué)家所期待的事，但這也是科學(xué)家們一直以來都難以跨越的一個(gè)門檻。新的研究成果為從事相關(guān)研究的科學(xué)家?guī)砹私輬?bào)，激勵(lì)著他們?nèi)Ω喔爬系腄NA進(jìn)行測序?；蛟S在不久之后，我們就能從永久凍土中挖掘到麝香牛、駝鹿等動(dòng)物的樣本，然后從中發(fā)現(xiàn)新的基因故事。

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那么，古DNA是否具有壽命極限？Dalén表示，答案是肯定而明確的，這個(gè)數(shù)字是260萬年，這也是永久凍土的極限。

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#創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)：

文：糖獸

圖：雯雯子

#參考來源：

https://www.nature.com/articles/d41586-021-00436-x

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03224-9?

https://www.sciencenews.org/article/oldest-animal-dna-ever-recovered-mammoth-evolution

https://www.nature.com/articles/d41586-021-00348-w


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