解讀猛獁象

科學家完成一半長毛猛獁象基因組的測序

在最後一批長毛猛獁象在苔原上蹣跚走過數千年後,科學家們已經完成了這種巨獸核基因組驚人的 50% 的測序。早期對這些冰河時代標誌性動物 DNA 進行測序的嘗試只產生了極少量的程式碼。這項新工作標誌著首次從已滅絕生物身上獲取如此大量的遺傳物質。這項壯舉不僅為了解猛獁象的進化史提供了 insights,而且還是朝著實現復活早已逝去的動物這一科幻夢想邁出的一步。

由賓夕法尼亞州立大學的韋伯·米勒 (Webb Miller) 和斯蒂芬·C·舒斯特 (Stephan C. Schuster) 領導的研究人員從兩隻西伯利亞長毛猛獁象的毛髮中提取了 DNA,並透過一臺進行所謂高通量測序的機器進行了分析。此前,從已滅絕物種中獲得的最大 DNA 量約為 1300 萬個鹼基對——甚至不到基因組的 1%。現在,該團隊在 11 月 20 日出版的《自然》雜誌上報告稱,他們獲得了超過 30 億個鹼基對。“這是一項技術突破,”安大略省麥克馬斯特大學的古代 DNA 專家亨德里克·N·波伊納 (Hendrik N. Poinar) 說。

對序列的解讀仍處於初期階段,但結果已經幫助推翻了長期以來對長鼻目動物過去的假設。普遍的觀點認為,長毛猛獁象是一個物種譜系中的最後一個物種,每個物種都孕育了下一個物種,任何給定時間都只存在一個物種。核 DNA 顯示,提供 DNA 的兩隻猛獁象彼此之間差異很大,而且它們似乎屬於 150 萬到 200 萬年前分化的人群。這一發現證實了最近一項對細胞能量產生細胞器(稱為線粒體 DNA)中相對較短的 DNA 片段的研究結果,該研究表明,多種長毛猛獁象共存。“看起來存在我們以前僅使用化石無法檢測到的物種形成,”紐約市美國自然歷史博物館的羅斯·D·E·麥克菲 (Ross D. E. MacPhee) 觀察到。


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到目前為止,猛獁象基因組僅以片段形式存在:尚未組裝完成。研究人員正在等待非洲草原象(長毛猛獁象的近親)基因組的完成,這將為如何重建已滅絕動物的基因組提供路線圖。

有了猛獁象及其最近親緣關係亞洲象的完整基因組,科學家們可能有一天能夠將猛獁象從死亡邊緣拉回來。“一年前我會說這是科幻小說,”舒斯特評論道。但由於這項測序成就,他現在相信理論上可以修改大象卵細胞中的 DNA,使其與毛茸茸的表親相匹配,方法是人為地將適當的替換引入遺傳密碼。根據對猛獁象和大象 DNA 的初步比較,他估計大約 40 萬次改變將產生一種看起來很像猛獁象的動物;一個完全相同的複製品將需要數百萬次改變。

(舒斯特認為,最近克隆冷凍小鼠不適用於長毛猛獁象,因為小鼠體型小,因此可以快速冷凍,而猛獁象的屍體則需要數天才能結冰——這種延遲可能會導致 DNA 降解過多,無法進行克隆。)

在較近的時期,生物學家們希望深入瞭解諸如長毛猛獁象如何適應其寒冷世界以及哪些因素導致其滅絕等謎團。米勒指出,透過研究來自不同時期的多隻猛獁象的基因組,研究人員將能夠繪製出隨著物種滅絕遺傳多樣性的下降圖。猛獁象和其他物種的衰落可能包含對現代瀕危動物的教訓,他說。

事實上,該團隊現在正在對他們從袋狼(一種澳大利亞有袋動物,於 1936 年滅絕,可能是由於感染)獲得的 DNA 進行測序。他們想將其 DNA 與密切相關的袋獾進行比較,袋獾目前正受到毀滅性面部癌症的威脅。

“我們希望瞭解為什麼一個物種滅絕了而另一個物種沒有,然後將 [知識] 用於保護工作,”米勒說。如果研究發現了與生存相關的基因,科學家可以使用這些資訊為袋獾制定育種計劃,以最大限度地提高種群的遺傳多樣性——並增加賦予免疫力的基因的頻率。古代 DNA 最偉大的希望也許不是復活死者,而是保護生者。

凱特·王 (Kate Wong) 是一位屢獲殊榮的科學作家,也是《大眾科學》的高階編輯,專注於進化、生態學、人類學、考古學、古生物學和動物行為學。她對人類起源著迷,已經報道了 25 年以上。最近她開始痴迷於鳥類。她的報道帶她去了尼安德特人曾經居住的法國和克羅埃西亞的洞穴,去了肯亞圖爾卡納湖的岸邊尋找世界上最古老的石器工具,去了馬達加斯加進行探險,以挖掘古代哺乳動物和恐龍,去了南極洲的冰冷水域,座頭鯨在那裡饕餮磷蝦,以及在康涅狄格州周圍進行 “重大一日” 比賽,在 24 小時內儘可能多地找到鳥類物種。凱特與唐納德·約翰森 (Donald Johanson) 合著了《露西的遺產:探尋人類起源》。她擁有密歇根大學生物人類學和動物學理學學士學位。在 X (前身為 Twitter) 上關注王 @katewong

更多作者:凱特·王 (Kate Wong)
大眾科學 Magazine Vol 300 Issue 1本文最初以“解讀猛獁象”為標題發表於《大眾科學》雜誌 第 300 卷第 1 期(),第 26 頁
doi:10.1038/scientificamerican0109-26
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