36万年前洞熊的耳骨中发现了古老的基因组

一只死于约36万年前的洞熊的一小块耳骨发现了并非来自永久冻土的最古老的基因组。新测序的基因组为洞熊的进化以及气候变化如何促使全新物种的出现提供了新的见解。

这项新研究的第一作者、诺丁汉特伦特大学的古遗传学家阿克塞尔·巴洛说:“有了DNA,我们可以破译灭绝了很久动物的遗传密码,但经过几千年的时间,古代样本中存在的DNA慢慢消失,这就形成了一个时间限制。”他在一份声明中说。

发表在《当代生物学》(Current Biology)杂志上的这项新研究表明,DNA的存在时间比科学家们预计的要长,“这为基因研究提供了新的机会,超出了以前无法想象的时间范围,”巴洛补充道。新研究中分析的这块骨头——一块灭绝的洞熊内耳的石化骨骼——大约是该团队之前研究的任何一块骨头的七倍,“表明可以从跨越30万年样本中恢复基因组数据。”

的确,有更古老的DNA样本存在,但它们都来自永冻层中发现的化石,比如最近登上头条的惊人的百万年前猛犸象牙齿。

洞熊没有像长毛猛犸象那样吸引公众的眼球,但它们仍然很重要。在更新世时期,它们的活动范围遍及整个欧亚大陆,但洞熊最终在27800年至25000年前的某个时间点灭绝。它们比棕熊大,重约1540磅(700公斤),可能是杂食性动物。

洞熊和现代熊,如棕熊和北极熊,从一个共同的祖先分化而来,不同物种之间的杂交繁殖是很常见的。这种分化被认为发生在100多万年前,但科学家们并不完全确定。

这项研究分析的石骨是在高加索山脉(现在的格鲁吉亚)的库达罗洞穴中发现的,它可以追溯到36万年前的更新世中期。这个地理位置很重要,因为它代表了一个温和的气候。但由于DNA在温暖的地区保存不好,人们对曾经在这些地方安家的动物的基因知之甚少。

然而,新的研究表明,在温带地区发现的骨头可以储存DNA的时间比我们想象的要长。

这项研究的作者、波茨坦大学研究员迈克尔·霍夫雷特在一封电子邮件中解释说:“尽管这块骨头不是来自永久冻土,但它来自山中的一个洞穴,那里的温度和湿度等条件相当恒定,平均温度很低。”。还有一块岩骨,是哺乳动物骨骼中最硬的骨头,因此DNA在这块骨头中保存得最好。”

科学家们汇编了数十亿个短DNA片段,这些片段必须通过计算机进行解析,以清除过去36万年积累起来的污染源。一份来自现代北极熊的参考基因组协助了这一清理过程。霍夫雷特说,新测序的基因组基本上“和任何古老的基因组一样可靠”,因为“我们必须从来自目标动物的基因组中分离出细菌和真菌的序列,”而且在大多数情况下,“后一种DNA构成较小的部分。”

霍夫雷特说,DNA分析的一个关键问题是,这种熊与来自同一地区和更远地方的大约生活在5万年前的洞熊的关系有多密切。。

根据洞熊的基因组,科学家们与其他生活在7万至3万5千年前的熊进行了对比分析。基因分析不仅限于研究线粒体DNA(即只通过母系遗传的DNA),还包括核DNA(即从双亲遗传的DNA),这为洞熊的进化关系描绘了更清晰的图景。

这篇新论文证实,洞穴熊和现代熊的祖先不同,这种分裂大约发生在150万年前。

霍夫雷特说:“这个非常古老的基因组使我们能够估计出洞熊与棕熊和北极熊分离的时间,以及棕熊和北极熊以及主要的洞熊进化谱系是什么时候分离的。”“有趣的是,这些分离几乎发生在冰河时期周期变得更加极端的时候,所以看起来气候在很大程度上影响了这些熊类物种的进化。”

霍夫雷特解释说,这项新研究还显示了何时以及哪一种熊系之间发生了基因流动,这意味着“当我们进行不同进化谱系的杂交时”。洞熊进化史上的关键阶段与大约100万年前发生的重大环境变化有关。

当然,这篇新论文也证明了DNA惊人的持久性。霍夫雷特说,这一发现确实表明,“值得在永久冻土层之外的样本中寻找距今50万年前的古老DNA,当时的条件看起来很有利,就像我们的情况一样,这带来了很多机会。”

作者:是柚子呀,如若转载,请注明出处:https://eozlab.com/zirankexue/shengwu/927.html