哈佛大學的科學家們組裝了小恐鳥的第一個近乎完整的基因組,這是一種不會飛的鳥類,在波利尼西亞人在13世紀後期定居紐西蘭後不久就滅絕了。這項成就使已滅絕基因組領域更接近“去滅絕”的目標——透過將基因組滑入活物種的卵子中,像“侏羅紀公園”那樣,使消失的物種重獲新生。
非營利性保護組織 Revive and Restore 的聯合創始人斯圖爾特·布蘭德說:“隨著古代 DNA 分析的每一次改進,去滅絕的可能性都會增加。”該組織旨在復活包括旅鴿和猛獁象在內的已消失物種,它們的基因組大部分已被拼湊在一起。
對於恐鳥來說,它的 DNA 是從博物館標本的趾骨中重建的,這可能需要更多的基因改造和大量的卵子:鴯鶓產下的 6 英寸長、1 磅重的卵子可能正合適。
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道: 訂閱。透過購買訂閱,您正在幫助確保關於塑造我們今天世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
關於小恐鳥的研究尚未在期刊上發表(研究人員在公共網站上釋出了一篇未經同行評審的論文),但已滅絕基因組這個小世界裡的同行們對它讚不絕口。丹麥自然歷史博物館的莫滕·埃裡克·阿倫托夫特是恐鳥 DNA和其他已滅絕基因組方面的專家,他稱其為“向前邁出的重要一步”。加州大學聖克魯茲分校的貝絲·夏皮羅領導了 2017 年研究,重建了旅鴿的基因組,她稱其“非常酷”,因為它“為我們提供了一個我們以前從未有過的進化分支上的已滅絕基因組”。
已滅絕基因組的組裝像科學地下出版物一樣傳播,在這個領域並不罕見。旅鴿研究的合著者本·諾瓦克說,期刊對論文的要求不僅僅是“它就在這裡”。“實際完成的數量可能是正式報告的四個或五個已滅絕基因組的四倍”,“但結果只是放在人們的實驗室裡。”
近乎完整的已滅絕基因組包括兩個人類親屬——尼安德特人和丹尼索瓦人,以及猛獁象和旅鴿。斑驢是第一個 DNA 被測序的已滅絕物種,早在 1984 年的基因組石器時代,但它不符合現代標準。
科學家們也即將重建渡渡鳥和大海雀的基因組,渡渡鳥是在 17 世紀後期從其唯一的家園模里西斯滅絕的不會飛的鳥類;大海雀則生活在北大西洋,在 19 世紀中期滅絕。上個月,澳大利亞的研究人員公佈了塔斯馬尼亞虎的基因組,最後一隻塔斯馬尼亞虎於 1936 年在圈養中死亡。
在每種情況下,步驟都相似。科學家們從博物館標本中採集組織樣本:例如,墨爾本維多利亞博物館有很多塔斯馬尼亞虎標本,而多倫多皇家安大略博物館有一塊不錯的小恐鳥趾骨。然後他們提取 DNA。它幾乎總是像破碎的酒杯一樣嚴重碎片化,因為“DNA 衰變在死亡後幾天內開始,”加州大學聖克魯茲分校的夏皮羅說。
幸運的是,這不是問題。今天的 高通量基因組測序儀實際上最適合測量得分到數百個核苷酸的 DNA——構成 DNA 的標誌性 A、T、C 和 G — 長。
棘手的部分是弄清楚這些片段在基因組中的位置:在哪個染色體上以及以什麼順序排列。為了做到這一點,哈佛大學的艾莉森·克勞蒂埃和其餘的小恐鳥團隊(在正式發表之前拒絕談論這項工作)將他們 9 億個核苷酸分散在數百萬個 DNA 片段中,並試圖將它們與所有九種恐鳥的近親鴯鶓的基因組上的特定位置進行匹配。
這使科學家們能夠將大約 85% 的基因組放在正確的位置。“剩下的 15% 在他們的資料中,但使用鴯鶓基因組很難組織,”諾瓦克說。將微小的 DNA 片段變成完整的基因組“非常困難。他們能夠從小恐鳥趾骨中獲得基因組這一事實意義重大,因為現在我們或許能夠使用他們的資料來研究其他已滅絕的鳥類物種。”
這是因為鳥類基因組,包括其他八種(全部已滅絕)恐鳥物種,具有相似的結構。也就是說,特定性狀的基因傾向於位於同一條染色體上,並以相對於其他基因相似的方式排列。組織測序儀吐出的基因組片段的線索越多越好。
例如,對於旅鴿,夏皮羅和她的古基因組學團隊使用了斑尾鴿的基因組來弄清楚如何組織他們的短 DNA 序列。她正在嘗試對渡渡鳥做類似的事情,使用尼科巴鴿(最近的現存物種)的基因組作為模板。
普林斯頓大學的博士後研究員查理·費金領導了塔斯馬尼亞虎基因組的測序工作,他說,正確地組織基因組“極其困難”。“你可以檢視密切相關的物種以尋找線索”,但不能保證能夠正確排列已滅絕的基因組。“這種結構確實很重要,但對於[去滅絕成功]來說,它必須達到完美的程度是有爭議的。”
例如,對於猛獁象專案,哈佛大學的喬治·丘奇說,科學家們正在對大象染色體進行測序,以更好地瞭解猛獁象 DNA 的組織方式,他領導著該專案。他們還希望改進自然,透過基因工程將抗皰疹病毒的能力引入猛獁象基因組(如果去滅絕成功,更好地使其存活)。一些科學家認為,皰疹病毒感染幫助殺死了猛獁象。丘奇說,他的實驗室的目標是在今年宣佈這兩個方面的進展。
最好的猜測是,如果科學家透過將重新組裝的基因組放入活物種的卵子中來複活已滅絕的物種,那麼它很可能不是原始物種的完美複製品。“去滅絕”的旅鴿可能會吃原始物種吃的東西,但具有不同的繁殖和社會行為,例如。
事實證明,在鳥類中,放入卵子的步驟比哺乳動物更難。可以使用產生多莉羊的克隆技術將重建的基因組引入哺乳動物卵子中。但這在鳥類中不起作用——“至少到目前為止是這樣,”布蘭德說。一種希望是獲得一種變通方法,這種方法最近在雞身上取得了成功,基本上是將基因組放入成為卵子或精子的胚胎細胞中,從而在野生鳥類中獲得成功。
布蘭德說,這是“Revive and Restore 現在關注的事情之一”。“去滅絕正在逐漸且肯定地到來。它最終將被視為另一種形式的重新引入”,就像將“狼重新引入黃石公園[和]海狸重新引入瑞典和蘇格蘭”一樣。
