寻找环境古DNA

科技工作者之家 2020-12-25

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从骨骼和牙齿化石的记录情况可以推断出,加拿大育空地区最后的猛犸象在大约12 000年前就已经灭绝了。但是,使用新的基因取样技术得出的结果却表明:它们与野牛和麋鹿在北极苔原上共同跋涉的时间,比我们预期的多出数千年。它们的故事就埋藏在土壤中。

骨骼化石能提供丰富的史前遗传信息,但它们并不是唯一的信息源。从冰河时代脱落的皮肤细胞到松针,都可能成为储存在土壤中的基因记录。长期以来,古生物遗传学家一直在从土壤中提取和分析“环境DNA”,但如何在不破坏这些脆弱线索的前提下去除其中的非DNA物质,一直是一项令人生畏的任务。


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“环境样本中含有大量其他化学物质,我们很难从中将感兴趣的DNA分离出来,”加拿大麦克马斯特大学的遗传学家泰勒·默基(Tyler Murchie)说,“这些DNA极其珍贵,我们不能浪费任何一点能分离出来的样本。”在《第四纪报告》(Quaternary Reports)中,默基和同事描述了一种更温和的技术。使用这种技术从土壤样本中分离出的遗传物质,可以达到其他方法的59倍。

新方法用经过灭菌的凿子提取土壤样本,然后将这些样本打碎并搅拌,再通过“冷旋法”分离出尽可能多的DNA。分离出的DNA会与现有的基因库进行比对,匹配对应的物种。


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“使用这项技术不仅能得到更多的DNA,而且得到的DNA更多样化,”美国东田纳西州立大学古生物学家克里斯·威加(Chris Widga,并未参与这项研究)说。

默基解释说:“结合全新的提取和富集技术,我们可以从不到一克的沉积物中同时提取出多个已灭绝生物的全基因组。”

这种新方法依然存在局限性,因为使用该方法的研究人员需要预先知道要寻找什么生物的DNA。比如,如果基因库中没有某种剑齿虎的DNA数据,这样的分析就无法检测到这种剑齿虎。对于已知物种来说,进行这样的分析也能获得许多令人兴奋的信息。在这项研究中,研究人员从土壤样本中发现了大约2100种植物和180种动物的DNA样本,这些物种包括了美国马和猛犸象,而分析使用的土壤样本比此前认为的灭绝时间晚了数千年。

默基表示,来自其他地点的采样分析也得出了类似的结论,只是这些结论尚未发布。未来的化石发现可能会为该论点提供更强有力的依据。他补充说:“我们可以在以前认为不存在某个物种的时间和地点去检测对应的DNA,这有助于我们在全新的地方找到它们的化石。”

撰文:莱利·布莱克(Riley Black)

翻译:施怿


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