世界上最古老的DNA——120万年——揭示了猛犸象是如何进化的

草原的插图

该插图基于我们现在从AdyCha Mammoth的遗传知识的基于遗传知识来表示在羊毛猛犸象之前的草原猛犸象的重建。信用:Beth Zaiken / CpG

由斯德哥尔摩古遗传学中心的研究人员领导的一个国际团队已经进行了测序脱氧核糖核酸从120万年前的猛犸象遗骸中发现的。分析表明,上个冰河时期居住在北美的哥伦比亚猛犸象是长毛猛犸象和此前未知的猛犸象遗传谱系的杂交后代。此外,这项研究对猛犸象适应寒冷气候的时间和速度提供了新的见解。这些发现发表在今天(2021年2月17日)的自然

大约100万年前,没有长毛猛犸象或哥伦比亚猛犸象,因为它们还没有进化出来。这是它们的前身——古代草原猛犸象的时代。研究人员利用从埋藏在西伯利亚永久冻土层中70 - 120万年的猛犸象牙齿中提取的DNA,成功地分析了三只古代猛犸象的基因组。

这是第一次对数百万年前的标本进行DNA测序和验证,从样本中提取DNA具有挑战性。科学家们发现,样本中只保留了少量的DNA,而且DNA被分解成非常小的碎片。

“这种DNA非常古老。这些样本的年龄是维京人遗骸的1000倍,甚至比人类和尼安德特人存在的时间还要早,”斯德哥尔摩古遗传学中心的进化遗传学教授、资深作者Love Dalén说。

标本的年龄是通过地质数据和分子钟来确定的。这两种类型的分析都表明,其中两种样本的年龄超过100万年,而第三种样本的年龄约为70万年,是已知的最早的长毛象之一。

哥伦比亚猛犸象的起源出人意料

对基因组的分析表明,最古老的标本大约有120万年的历史,属于此前未知的猛犸象遗传谱系。根据发现地点,研究人员称其为克雷斯托夫卡猛犸象。结果表明,克雷斯托夫卡猛犸象和其他西伯利亚猛犸象在两百多万年前分道扬镳。

“这完全出乎我们的意料。所有先前的研究都表明,在那个时期的西伯利亚只有一种猛犸象,叫做草原猛犸象。但我们现在的DNA分析显示,有两种不同的基因谱系,我们在这里称之为阿迪卡猛犸象和克雷斯托夫卡猛犸象。我们还不能确定,但我们认为这可能代表了两个不同的物种,”该研究的主要作者汤姆·范德·瓦尔克说。

研究作者塔斯克

爱Dalén和联合主导作者PatíciaPečnerová有一个牧场岛上的Mammoth Tusk。信用:GLEB DANILOV

研究人员还指出,猛犸象属于大约150万年前殖民北美的克雷斯托夫卡家族。此外,分析表明,在最后一个冰河时期居住在北美的哥伦比亚猛犸象是一种混血儿。它的基因组大约有一半来自克雷斯托夫卡家族,另一半来自长毛象。

“这是一个重要的发现。看来,哥伦比亚·庞塔斯是北美最具标志性的冰河时代,通过杂交演变,在大约4万年前发生了杂交,“联合领导者PatíciaPečnerová说。

长毛象的进化和适应

第二个百万年前的基因组,来自Adycha猛犸象,似乎是长毛象的祖先。因此,研究人员可以将其基因组与已知最早生活在70万年前的猛犸象基因组,以及仅几千年的猛犸象基因组进行比较。这使得研究猛犸象如何适应寒冷环境的生活,以及在物种形成过程中这些适应进化到何种程度成为可能。

Krestovka标本牙齿

Krestovka标本的牙齿。信贷:CPG

分析表明,与北极生活相关的基因变异,如毛发生长、体温调节、脂肪沉积、耐寒性和昼夜节律,早在长毛猛犸象起源之前就已经存在于百万年前的长毛猛犸象身上。这些结果表明,长毛象家族的大多数适应都是随着时间的推移缓慢而逐渐发生的。

“能够追踪物种形成过程中的基因变化是独一无二的。我们的分析表明,大部分的寒冷适应早在猛犸象的祖先身上就已经存在了,我们没有发现任何证据表明在物种形成的过程中,自然选择速度更快,”共同作者David Díez-del-Molino说。

未来的研究

新结果为未来对其他物种的广泛研究打开了大门。大约100万年前是许多物种向全球扩张的时期。这也是气候和海平面发生重大变化的时期,也是地球磁极最后一次变化的时期。正因为如此,研究人员认为基因分析在这个时间尺度上有很大的潜力来探索广泛的科学问题。

“现在最大的问题之一是我们可以把时间回溯到多远。(我们还没有达到极限。)一个有根据的猜测是,我们可以恢复200万年的DNA,甚至可能追溯到260万年。在那之前,那里没有可以保存古代DNA的永久冻土,”分子考古学教授、古遗传学中心联合研究负责人安德斯Götherström说。

参考:“年前揭示了DNA基因组猛犸象的历史”的汤姆·范德Valk Patricia Pečnerova,大卫•Diez-del-Molino安德斯Bergstrom,乔纳斯·奥本海默,斯蒂芬妮哈特曼,乔治·Xenikoudakis,杰西卡·a·托马斯,玛丽安Dehasque,郑伊健Sağlı,开罗的早春作物Fidan,伊恩·巴恩斯Shanlin Liu穆罕默德Somel,彼得·d·Heintzman帕维尔Nikolskiy,贝思夏皮罗本都Skoglund,迈克尔Hofreiter Adrian m.f李斯特,安德斯Gotherstrom和爱达伦,2021年2月17日,自然
DOI:10.1038 / S41586-021-03224-9

这项研究是一项国际合作的结果,有来自9个国家的22名科学家参与。除了古遗传学中心的研究人员,联合研究中心由斯德哥尔摩大学和瑞典自然历史博物馆的研究还包括俄罗斯科学院的研究人员,自然历史博物馆和克里克研究所在英国,在美国加州大学圣克鲁斯,在德国波茨坦大学,中国农业大学,在土耳其中东技术大学,北极挪威大学以及丹麦的哥本哈根大学。

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