撰文/凯特·王(Kate Wong)
猛犸(woolly mammoth,又称长毛象)在冻土地带上奔跑的身影消失数千年后,科学家测出了这种巨兽核基因组序列的50%。此前对这种冰川时代标志性物种的DNA测序,只得到了极少量的编码。这项最新的研究是人类首次从一种已灭绝物种身上,获得如此大量的遗传物质,不仅加深了科学家对猛犸进化历史的认识,还让我们朝着复活灭绝物种的科幻之梦大大地前进了一步。
美国宾夕法尼亚州立大学的韦伯·米勒 (Webb Miller)和斯蒂芬·C·舒斯特(Stephan C. Schuster)率领研究人员,从两只西伯利亚猛犸的毛发中提取DNA,用一台所谓的“高通量测序”(high-throughput sequencing)仪器进行测序。过去,从已灭绝物种中提取的DNA最多只包含1,300万个碱基对——还不到整个基因组的1%。这一次,根据2008年11月20日《自然》杂志上的报道,这个研究组获得了30多亿个碱基对。加拿大安大略省麦克马斯特大学(McMaster University)的古DNA专家亨德里克·N·波因纳(Hendrik N. Poinar)评价说:“这绝对是一项技术突破。”
解读DNA序列的技术还很不成熟,但最新结果已经颠覆了长久以来人们关于这种长鼻子动物的假想。从前人们普遍接受的一个观点是,猛犸是一系列物种单线进化的最后一环:在这条进化链中,前一个物种进化出下一个物种,没有出现过分支,因此任何时候这条进化链上都只有一个物种存活于世。然而,这两头猛犸的核DNA显示它们之间差异很大,似乎属于150万年前~200万年前就已经分开的两个种群。这一发现证实了最近有关线粒体DNA(mitochondrial DNA)的另外一项研究结果。线粒体是细胞内产生能量的细胞器,线粒体DNA就是其中相对较短的DNA片段。最近对猛犸线粒体DNA的研究暗示,曾有多种猛犸同时存活于地球上。纽约市美国自然历史博物馆的罗斯·D·E·麦克菲(Ross D.E. MacPhee)评论说:“看起来有些物种过去(仅凭化石)似乎无法检测出来。”
目前,猛犸的基因组还只是一堆碎片,远未组装起来。研究人员还在等待非洲象(African savanna elephant)基因组测序的完成。这种象是猛犸的远亲,它们的基因组可以作为模板,用来重建猛犸的基因组。
如果有了猛犸及其亲缘关系最近的现存物种——亚洲象的全基因组,科学家有朝一日也许可以复活猛犸。舒斯特评论说:“哪怕在一年以前,我还会说这只是科幻小说而已。”不过鉴于这项测序成果,现在他相信,理论上人们可以对大象卵细胞的DNA做一些手脚,人工替换相应的遗传编码,将它改造成猛犸的DNA。根据对猛犸和大象DNA的初步比较,舒斯特估计,替换大约40万个碱基,可以创造出一种看起来很像猛犸的动物;要精确复制猛犸,则需要替换上百万个碱基。
(舒斯特认为,最近对冷冻小鼠的克隆无法套用到猛犸身上。因为小鼠很小,很快就能被冷冻,一只猛犸的躯体却需要很多天才能冻实——这个时间差将会破坏太多的DNA,导致克隆无法进行。)
近期,生物学家希望能够解开一些谜团,比如猛犸如何适应冰川世界,哪些因素导致它们最终灭绝等。米勒认为,通过研究不同时期多种猛犸的基因组,研究人员可以描摹出这个物种消亡过程中遗传多样性逐渐式微的过程。他说,猛犸和其他物种的衰亡也许可以为现在濒临灭绝的物种提供些许教训。
事实上,这个研究组正在进行袋狼(thylacine)的DNA测序。这种曾经生活在澳大利亚的有袋动物灭绝于1936年,原因可能是受到某种传染病的感染。研究人员想比较袋狼及其近亲袋獾(Tasmanian devil)的DNA,后者现在正受到一种致命面部传染性癌症的威胁。
米勒说:“我们希望了解,为什么一些物种灭绝了,另一些仍然存活,然后把这些知识应用到物种保护中。”如果这项研究找到了与生存相关的基因,科学家就可以利用这些信息,为袋獾制定繁殖计划,使该种群的基因多样性达到最大化——并且增加能够对那种致命面部癌症产生免疫力的基因的出现频率。或许,研究古代动物DNA最大的意义,并不是复活死者,而在于保护生者。
(译/贾明月 校/虞骏)
2009年2月23日星期一
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