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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？當有機體死亡之后，其染色體就會分裂成碎片，隨著時間的推移，DNA變得越來越短，使得科學家即使能成功地將它們提取出來，也難以對它們進行拼接或解讀出它們原本所蘊含的遺傳信息。

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有理論研究表明，現有的最先進技術可以恢復超過一百萬年的古DNA。但是很長一段時間以來，對于古DNA來說，“一百萬年”就像一道難以突破的關卡。自2013年以來，最古老DNA的記錄一直由古遺傳學家Ludovic Orlando所測序的一匹馬所保持。當時，Orlando和他的團隊對一匹生活在560,000至780,000年前的馬的腿骨進行了DNA測序。他們在腿骨中發(fā)現了一些非常短的DNA碎片，其中有些甚至只有25個堿基對長。盡管如此，他們仍然從如此短的DNA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物牙齒有關。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70年代才被人發(fā)現并挖掘。

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在一項新的研究中，瑞典自然歷史博物館的進化遺傳學家Love Dalén和他的團隊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，并確認了一種新的、之前未知的猛犸象。他們發(fā)現，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）的臼齒進行過DNA測序。

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這一次，Dalén和他的團隊通過采用最先進的測序技術，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。第一個樣本發(fā)現于一個名叫克萊斯托夫卡（Krestovka）的村莊，他們從這一樣本中獲取了4900萬堿基對的核DNA；第二個樣本挖掘與一個名叫阿德?。ˋdycha）的地方，他們從中獲得了8.84億堿基對；第三個樣本發(fā)現與一個名叫丘科奇亞（Chukochya）的地方，科學家從中讀取到了近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。草原猛犸被認為是歐洲大陸的一種物種，有研究表明，草原猛犸的出現時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，因為DNA分析結果表明，克萊斯托夫卡和阿德恰的牙齒樣本屬于兩個不同的猛犸象物種。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分析結果則沒有顯示出這樣的跡象，它可能屬于一個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，這種未知物種可能曾與真猛犸象雜交在一起，產生了在42萬年前生活在北美地區(qū)的哥倫比亞猛犸象。因為他們通過分析哥倫比亞猛犸象的DNA后，發(fā)現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。這是首個來自古DNA的雜種物種形成（hybrid speciation）證據。

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猛犸象的進化歷程。| 素材來源：Nature

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值得強調的是，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，有研究人員報告了從380萬年前的鴕鳥蛋殼中測得了蛋白質序列；2019年，有研究團隊從177萬年前的犀牛牙齒中捕捉到了蛋白質。不過提取到古DNA的優(yōu)勢在于，相比于蛋白質，從DNA序列中所能獲取的關于生物起源的信息要多得多。

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新的結果增加了科學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，出現一個具有百萬年歷史的基因組是許多古生物學家和古遺傳學家所期待的事，但這也是科學家們一直以來都難以跨越的一個門檻。新的研究成果為從事相關研究的科學家?guī)砹私輬?，激勵著他們去對更多更古老的DNA進行測序?；蛟S在不久之后，我們就能從永久凍土中挖掘到麝香牛、駝鹿等動物的樣本，然后從中發(fā)現新的基因故事。

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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，這個數字是260萬年，這也是永久凍土的極限。

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#創(chuàng)作團隊：

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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