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國際團隊成功排序迄今最古老基因組 揭百萬年來長毛象演化譜系

2021/2/18 — 16:59

資料圖片:長毛象,圖片來源:April Pethybridge@unsplash

資料圖片:長毛象,圖片來源:April [email protected]

要成功將古生物基因組完全排序相當困難,最新刊於《自然》的研究指,從 3 隻西伯利亞長毛象 (mammoth) 牙取得已極度降解的 DNA ,將之拼湊一起成功排序出迄今最古老的生物基因組。該基因組更揭示一個過去未知的長毛象血系。

此前最古老基因樣本來自加拿大育空 (Yukon) 地區凍土中發現的馬骨,其歷史可追溯至 56–78 萬年前,今次的長毛象基因,歷史可追溯至 160 萬年前。

現時常於北極圈出土的真長毛象 (Mammuthus primigenius) 大約在 80 萬年前才出現,牠們生活在冰凍氣候中,直到 4,000 年前最終滅絕。此期間,北美則有哥倫比亞長毛象 (M. columbi) 生活,該種相對毛皮密度較低的象,在 11,500 年前滅絕。

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這兩個長毛象物種的祖先鮮為人知。過去僅知所有長毛象可能都是草原長毛象 (M. trogontherii) 的後代,後者曾在歐亞大陸部份地區生活,直至約 20 萬年前;而哥倫比亞長毛象則是 150 萬年前進入北美的草原長毛象祖先的後代。

為了更了解這個長毛象祖先,瑞典古遺傳學中心演化基因學家 Love Dalén 領導的國際團隊,從 3 隻在數十年前出土的長毛象牙齒中提取 DNA 。其中歷史較短的是 70 萬年前的真長毛象,屬已知其中一個最早樣本,另兩個樣本則來自超過 100 萬年前、體型較大的長毛象物種,團隊相信兩者均屬草原長毛象。

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最終團隊成功提取象牙堅硬琺瑯質中保存的 DNA ,拼湊一起排序,發現第二老的象牙 DNA 樣本,其形態和基因上都與草原長毛象非常接近;該樣本來自西伯利亞雅庫特阿德恰河流域 (Adycha) 。

發現隱藏譜系

最古老的樣本則來自西伯利亞西部的克列斯托夫卡 (Krestovka)  ,距今約有 160 萬年。令團隊驚訝的是,數據顯示牠並不屬於草原長毛象,而是來自一個先前未知的長毛象譜系,該譜系在 200 萬年前與一個長毛象共同祖先開始分途演化。

有参與研究的瑞典烏普薩拉大學基因學家 Tom van der Valk 指,以前的所有研究都表明,當時西伯利亞只有一種長毛象,即草原長毛象;但團隊的 DNA 分析卻顯示有兩個不同遺傳譜系,並暫時將之以兩地地名分別命名為阿德恰與克列斯托夫卡長毛象。雖然現時不能確定,但團隊認為兩者可能代表兩個不同物種。

事情在將這兩個樣本與其他較年輕樣本對比時變得更為有趣。團隊發現,可能是克列斯托夫卡長毛象在 150 萬年前跨過白令陸橋進入北美,而非草原長毛象。因為團隊從一個哥倫比亞長毛象樣本 DNA 中找到克列斯托夫卡長毛象與真長毛象的基因。換言之,真長毛象曾遷徙到北美,並曾與克列斯托夫卡長毛象雜交衍生出哥倫比亞長毛象。

有参與研究的丹麥哥本哈根大學古生物學家 Patrícia Pečnerová 表示,這是個重要發現,顯示哥倫比亞長毛象是透過約 42 萬年前發生的雜交演化而來。

通過比較阿德恰長毛象基因組與有 70 萬至幾千年歷史的長毛象基因組,團隊試圖了解這種長毛象是如何適應冰凍北極環境。分析顯示,與溫度調節相關,例如毛髮生長、晝夜節律以及白色和啡色脂肪沉積相關的基因,早在真長毛象演化出之前,就已經存在於阿德恰長毛象基因組中,但該物種也繼續進化,令溫度調節的基因在後來的真長毛象中有更多的變異版本。

來源:
Science Alert, Scientists Have Sequenced Mammoth DNA That's Over a Million Years Old, 17 February 2021

報告:
van der Talk, T., Pečnerová, P., Díez-del-Monlino, D. & et al. (2021). Million-year-old DNA sheds light on the genomic history of mammoths. Nature. doi: 10.1038/s41586-021-03224-9

文/Alan Chiu

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