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科学家从西伯利亚永久冻土层中发现的猛犸象化石中提取出了DNA，该化石距今超过100万年。该DNA是迄今为止发现的最古老的基因组证据，揭示了长毛象和哥伦比亚猛犸象的进化史。这也增加了从其他远古生物（包括已经灭绝的人类家族成员）组织中恢复DNA的可能性。
自1984年从当时灭绝不久的斑马亚种斑驴中提取出两个短DNA序列以来，研究人员一直致力于从更古老的遗骸中获取更多的DNA。古代DNA提取和测序方法的进步最终揭示了包括洞熊和尼安德特人在内的古生物基因组。2013年，研究人员宣布，他们从一块70万年前的马化石中提取了DNA，那是当时获得的最古老的基因组数据。然而，尽管这些遗传物质的年代已足够久远，一些专家仍预测，在冰冻环境保存的化石中，可测序DNA应该能保存100万年以上。
发表在《自然》上的新发现证实了这一预测。斯德哥尔摩古遗传学中心的Tom van der Valk和Love Dalén及其同事从不同时期的三只猛犸象的臼齿提取出了DNA。猛犸象的种类可以根据牙齿特征加以区分。其中一颗牙齿是在大约有70万年历史的沉积物中发现的，看起来像早期长毛象（真猛犸象）的牙齿。另外两颗看起来像草原猛犸象的臼齿，其中一颗可以追溯到100万年前，另一颗可以追溯到120万年前或者更早。
从牙齿中提取的遗传物质早已被高度降解，在数千年的时间里裂成许多小碎片。为将这些碎片重新组装起来，并过滤掉微生物或其他污染物中的DNA，研究人员以现代大象的基因组作为参考，就像玩拼图游戏的人可能会参照盒子上的图片一样。他们从最年轻的化石(长毛象)中提取出了数十亿个DNA碱基对，约占基因组总数的70%到80%。从第二古老的化石中提取了数亿碱基对，约占基因组的25%到30%。最古老化石中提取出的DNA最少，但研究小组仍然对其中约6000万碱基对进行了测序，这足以让我们对猛犸象进化有更深入的了解。
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猛犸象的化石记录显示，大约500万年前，它们首先出现在非洲，之后分散到世界其他大部分地区，进化成多个物种并存活了数百万年，直到几千年前才灭绝。对比新的基因组数据与年轻猛犸象的基因组，研究人员证实了他们的猜测，即长毛象从草原猛犸象进化而来，而且逐渐适应了冰川时期西伯利亚的极度严寒。
研究结果还揭示了猛犸象家族另一个分支的惊人之处。研究小组取样的最古老的猛犸象原来属于一个此前未知的谱系，该谱系的后代在150万年前即更新世早期迁徙至北美，并发展成为栖息在北美和中美洲温带地区的哥伦比亚猛犸象。他们认为，哥伦比亚猛犸象可能是长毛象与最古老化石标本所属的猛犸家族成员杂交的产物。
外部专家称这项工作是古代DNA研究的重大进展。哥本哈根大学的Eske Willerslev表示：“这是一项令人兴奋的研究，它发现DNA的存续期超出了10年前该领域许多人所预测的上限。”2013年，Willerslev团队恢复了70万年前的马基因组。他和他的同事们计算得出，100多万年以前的DNA可以在永久冻土环境中得以保存。“现在这已经被证实了。”他说。
“这是一项非常令人兴奋的研究，因为它不仅提前了至今恢复的最古老DNA的时间，而且这些古老猛犸象的DNA为早期猛犸象种群以及后期欧洲和美洲猛犸象起源的研究提供了重要资料。”德国莱比锡马克斯·普朗克进化人类学研究所的Janet Kelso说。
猛犸象并不是这个时期唯一令人感兴趣的生物。Dalén，van der Valk和他们的同事注意到，许多现代哺乳动物和鸟类物种都起源于更新世早期和中期。Dalén在2月16日的电话新闻发布会上表示，他的团队正在着手研究其中一些物种，包括马、麝牛和各种啮齿类动物。
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科学家们能从类似的远古人类祖先那里恢复DNA吗?人类化石的记录跨度长达700万年。最古老的人类DNA来自43万年前的遗骸。“我们知道环境条件对保存DNA很重要。这些猛犸象标本能保存得如此之好，很可能是因为它们死后就一直‘冷冻’保存在西伯利亚北部。”Kelso说，他研究过一些古人类基因组。“目前在这类理想环境中还不曾发现过远古人类遗骸，因此很不幸，我们对人类历史的研究仍然受限。”
但并不是完全没有希望。“每年都会有新方法，”Dalén在电话新闻发布会上说，“说不定再过几年，我们将有方法恢复来自非永久冻土环境的百万年前的人类标本中的DNA。”他还补充道，“又或者，未来会有人在永久冻土中发现冰冻的古人类遗骸。”
撰文：Kate Wong，《科学美国人》进化与生态学高级编辑。
翻译：张乃欣
审校：曾小欢
引进来源：科学美国人
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