古DNA研究30年纵览
时间:2017-12-07

  古代DNA研究概况30年 - 新闻 - 科学网

  如果人们证明DNA可以长期存活是一种普遍现象,古生物学,进化生物学,考古学和法医学等领域将受益匪浅。

  图片来源:Tetra图片/ Alamy

  在古代的DNA揭示尼安德特人“性取向或第一美国人的祖先之前,还有一只被发现的驴子。

  这是一个有条纹的头和一个驴屁股的奇怪的马。最后的驴子于1883年去世。一个世纪以后,研究人员从140岁的驴肌肉中发现了大约200个驴核苷酸序列。这些DNA(来自死亡生物的遗传秘密)显示,斑驴与山羊斑痣相当不同。

  更值得注意的是,从那以后,化石研究将不再是探索灭绝的唯一途径。加州大学伯克利分校的遗传学家Russell Higuchi和Allan Wilson以及他们在关于驴子的论文中的同事提到,如果证明DNA能长期存活,古生物学,进化生物学,考古学和法医学领域是常见的将大大受益。

  最初的进展非常缓慢。关于古代DNA研究的真实性的争议已经将这一领域分开,并加深了外部的问题。但由于偏执实验室的严密性和帮助科学家鉴定和消除现代DNA污染的测序技术,争议终于消失了。

  这些进步促成了古代遗传学的繁荣。去年,研究人员发现了两个最古老的基因:一个是70万年前在加拿大永久冻土中埋藏的一匹马,另一个是在西班牙石窟中约有40万年的人类近亲。

  这些飞跃已经通过技术创新,可以分离,序列和解释古代DNA链被破坏的时间。研究人员可以从更老的,更腐烂的残留物中找到DNA,以发现死人和其他生物的秘密。古代DNA现在可以从专家的洁净室转移到考古学家和人类遗传学家的实验室。经过30年的现场驴研究,大自然期待着一窥未来的领域。

  数以百万计的基因

  当丹麦哥本哈根大学的进化生物学家Ludovic Orlando开始在78万至56万年前对马骨DNA进行测序时,他并不期待。2003年,他的同事Eske Willerslev发现了骨骼加拿大育空地区的永冻土,然后,威勒斯列夫把它扔进冷藏室,等待有一天能够读取DNA的技术(老式的DNA实验室冷冻室里充满了这种等待的样本)。

  威勒斯列夫2010年的一个晚上打电话给奥兰多,说是时候了。奥兰多怀疑:我是在项目的开始阶段,坚信这是不可能的。测序古代DNA是一场与时间的战斗。生物体死亡后,DNA长链在酶的作用下破碎成短片。感冒可以减缓这个过程,但最终DNA链可以很短而且信息很少。

  为了读出马的基因,奥兰多需要通过酶处理提取有用的DNA片段,并准备进行测序。奥兰多队发现,制剂中没有大量的碎片,但是随着过程的调整,作为降低提取温度,研究人员得到了比以前多10倍的DNA片段,并制作了有史以来最古老的DNA的草图。

  遗传学家Svante Paabo和他在德国莱比锡马克斯·普朗克研究所进化人类学研究所的同事把他们的注意力转移到西班牙北部Atalpezia山现代400岁的现代人的近亲身上。骨骼被保存在一个稳定的低温环境中,这减慢了DNA分解的速度。如果你能决定古代人类的骨头,你可以在这里选择。研究主任,分子生物学家Matthias Meyer说。

  去年12月,研究小组报告了这种古老的人类线粒体基因组的研究结果。这些序列揭示了Attapaca和Denisovans之间的意想不到的关系。丹尼索尔是俄罗斯阿尔泰山上数千公里外的Paabo队发现的一群古代人类。迈耶和他的同事们希望能够改进这项技术并获得阿塔图尔克山的核基因组,这一定是可能的,迈尔说,等到工作完成之后,我才会休息。

  Meyer和Paabo希望超越来自温暖地区的古代人类样本的DNA极限,例如在亚洲发现的直立人和尼安德特人的共同祖先。奥兰多还表示,研究人员可能会有一个新的提取过程,以提取以前麻烦的骨头,如埃及木乃伊或弗洛里亚人的信息。弗洛雷斯是一个古老的人类,至少在一万八千年前从印度尼西亚弗洛雷斯的山洞中发现。

  几年前,美国哈佛医学院的人类遗传学家大卫·莱奇(David Reich)发现了一个幽灵。该团队使用现代人类基因重建了欧洲历史。当时,他们发现北欧人和美国原住民之间有联系。他们认为现在已经灭绝的欧亚大陆北部的人与后来移民到美洲的欧洲人和西伯利亚人混合在一起。帝国称这些人为鬼物种,因为它们是由遗留在基因中的回声识别的,而不是骨骼或古代的DNA。

  斯坦福大学(Stanford University)人类遗传学家卡洛斯·布斯塔曼特(Carlos Bustamante)说,幽灵种族是一个统计模型的结果,当遗漏化石遗传数据时需要谨慎处理。

  有时这些鬼也有实体。去年,威勒斯列夫团队发表了有24000年历史的马塔男孩遗体的基因。结果显示,这个在西伯利亚中部发现的男孩属于与现代美洲印第安人和欧洲人有关的人,这也与帝国的假设相匹配,这是一个惊人的发现。

  幽灵的线索也隐藏在古代的DNA中。在分析尼安德特人和杰尼索瓦人的高质量基因时,加利福尼亚大学伯克利分校的Reich和Montgomery Slatkin领导的一个小组发现了一个特殊的模式:今天,撒哈拉以南非洲的非洲人以及尼安德特人的人际关系更近比那些与丹麦苏维埃相比。但是其他古代基因的证据表明,这两个古代人与现代非洲人有着同样的联系。科学家们在权衡之后,认为他们可能已经发现了另一场鬼怪比赛。

  谜题将被揭开,研究人员得出结论,如果丹麦和索马里人混合在一百多万年以前离开非洲并与人类分离的祖先的种族,尼安德特人和杰尼索瓦人,那么后来的丹尼索瓦人可能会遗传缺失的DNA序列今天的非洲人,解释为什么尼安德特人更接近非洲人。

  德意志团队正在分析拥有丹尼索瓦DNA的人类的基因特征,以便发现丹尼索瓦人何时与神秘种族混合。在Paabo实验室的Atabelka山地人类基因研究中也可以找到线索。

  古代的DNA为大众

  近年来,古遗传学的研究进入了Paabo实验室等专业实验室,但发现有足够的DNA产生所有的基因测序。

  情况正在改变。这个新的程序意味着研究人员现在可以从最退化的样本中获得DNA,然后对他们感兴趣的部分基因组进行测序。我感到惊讶的是,世界上只有少数几个实验室正在做这个。Johannes Krause,一位古代遗传学家德国宾兹大学说,这不是一件复杂的事情。在Paabo实验室,Krause负责Denisovian的研究。

  渐渐地,新的研究人员正在进入该领域。布斯塔曼特开玩笑说:如果我能进去,那么任何人都可以。他的研究最初集中在现代人类的祖先。几年前,他接到一个关于木乃伊的电话。一个国际小组对一个冰冷的Ots基因进行了测序,这个基因是在5300年前在意大利蒂罗尔阿尔卑斯山发现的一个冰冻的尸体。研究人员想知道Bustamante是否能够帮助他们找出冰人的祖先。他们说,奥尔特与生活在撒丁岛和科西嘉的现代人类的关系比中欧人更近,这表明欧洲人看起来与他还活着的时候截然不同。

  从那以后,布斯塔曼特进入了古老的DNA世界。他的团队正在对保加利亚农业的出现,美国的奴隶贸易和狗的驯化等历史样本进行排序。该团队正在开发新的工具,使古DNA的测序更便宜,更简单。我们希望在这个领域实现更多的民主化。布斯塔曼特说。帝国实验室对农业的兴起等人类历史越来越感兴趣。去年,德国的研究团队发表了364个欧洲样本的线粒体DNA,历史记录为1550-500年,以确定欧洲大规模的新石器时代人口流动。

  研究人员也转向30年前开始的问题。奥兰多小组在70万年前开始对马进行排序,并且还照顾年轻的驴样。测序整个驴基因的努力是旨在了解活的和灭绝的马匹,斑马和驴子进化的一个更大的项目的一部分。它显示了这方面的进展。奥兰多说。

  “中国科学”(2014-04-03第3版国际)