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研究人员意外从斑鬣狗化石中发现新的老虎支系“大安虎”

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热度64票 浏览15次 时间:2022年8月14日 14:43
胡家铭展示斑鬣狗化石。长江日报记者何晓刚 摄

胡家铭展示斑鬣狗化石。长江日报记者何晓刚 摄

吉林通化大安溶洞古虎化石

吉林通化大安溶洞古虎化石

(化石网报道)据长江日报(记者 汪洋 通讯员 陈华文):在距今4.35万年以前的中国东北,当时的森林之王除了东北虎的祖先,还有不为人所知的另一遗传支系——大安虎。在漫长的生物演化过程中,大安虎数量逐渐减少,以至彻底灭绝。

近日,中国地质大学(武汉)生物地质与环境地质国家重点实验室研究人员意外从斑鬣狗化石中发现了“大安虎”这一新的老虎支系,这也是第一次在遗传学上定义这一支系。

大安虎是如何发现的?是什么导致了大安虎的最终灭绝?目前的科研手段能复原出大安虎的外形吗?近日,长江日报记者探访中国地质大学(武汉)生物地质与环境地质国家重点实验室。研究人员揭密了有关大安虎的神秘面纱。

研究斑鬣狗化石,意外发现大安虎

胡家铭是中国地质大学(武汉)古DNA组赖旭龙教授指导的博士生,近几年在导师的指导下从事斑鬣狗的研究。他告诉记者,在远古时期,斑鬣狗曾广泛分布于亚欧大陆和非洲,到了距今约两万年左右,亚欧大陆上的斑鬣狗彻底灭绝了,而非洲的斑鬣狗一直延续至今。

中国地质大学(武汉)盛桂莲教授申报了国家自然科学基金项目,通过古基因组解析研究中国更新世斑鬣狗属动物的演化历史,胡家铭是该项目研究人员。

2003年,吉林大学考古团队在吉林省通化市大安镇的一处溶洞中发掘出大量古生物化石,包括牛、羊、马、兔等,也有一些斑鬣狗化石,这些化石形成于不同的历史时期。

依托于盛桂莲教授的国家自然科学基金项目,中国地质大学(武汉)古DNA研究团队与吉林大学一直保持着良好的合作关系。2019年,古DNA研究团队的部分成员前往吉林大学,用专业的切割工具切取了一块残缺的下颌骨末端一小块骨骼化石样本,大约2克左右,带回武汉进行研究。

“切取了这一小块样本,我们当时把它归类于斑鬣狗样本之一。” 胡家铭说,回来以后,他们对化石中残存的DNA进行提取分析,将DNA序列与斑鬣狗DNA序列进行比对,发现两者之间匹配度较低,“这肯定不是斑鬣狗”。进一步比对发现,这块下颌骨的DNA序列与老虎的DNA序列匹配度最高。

“不过,其DNA序列又与现生的几种老虎不完全相同,属于此前从未发现过的新的遗传支系。” 胡家铭说,这是一次意外的发现,因为这块下颌骨化石是在大安镇出土的,所以研究人员给它命名为“大安虎”。

并不是所有的化石里都包含古DNA

按键输入密码,“嘀”的一声,中国地质大学(武汉)生物地质与环境地质国家重点实验室古DNA洁净室第一道门开启。进入实验室过渡区,在胡家铭的示范下,记者换上实验室拖鞋,穿上连体的实验防护服,戴上口罩、PE手套,从头到脚“全副武装”。

确认记者穿戴符合实验室防污染规范后,胡家铭打开第二道门,带记者依次进入提取室和建库室,“古生物化石的DNA提取和建库就是在这里进行的。” 胡家铭说。

从吉林大学带回的那2克下颌骨化石样本,研究人员小心翼翼地从中分离出约200毫克的微量样本进行实验。先碾磨成粉,用试剂清洗,去除前期埋藏及发掘过程中附着的细菌及人类DNA,把这些潜在外源污染降解之后,再加入一些化学试剂,让粉末内部的DNA释放出来。这样,提取出来的就主要是来自样品本身的内源DNA了。

研究人员将提取出来的DNA进行建库,再把它放到测序仪上,反馈出这些DNA的序列信息。

“经历漫长的时光侵蚀,古生物的DNA支离破碎,结构不再完整,就如同一大块残破不全的画布一样。”该项目负责人盛桂莲教授介绍,古DNA的提取就是把这些碎片化的基因片段找出来,建库之后,再借助能识别它们的化学试剂,测出这些DNA的序列。

“并不是所有的化石里都包含着古DNA。”盛桂莲教授介绍,DNA分子降解需要时间,目前最古老的、可信的古DNA来自165万年前冻土中保存的猛犸象。也并非时间短一些的化石里就一定能保留下古DNA,如果是酸性土壤、高温、潮湿的环境,DNA分子的降解速度就会大大加快。

研究人员将这块下颌骨的DNA序列与斑鬣狗的DNA序列进行比对,发现它们的匹配度较低,在进化树上,它们属于两个不同的分支。进一步比对发现,这块下颌骨的DNA序列与老虎的DNA序列匹配度最高,但又不同于任何现生的老虎,属于此前未知的遗传支系。

把大安虎完全“画”出来还需要更多样本

从演化树的亲缘关系看,大安虎和东北虎只能算是26万年前的“远房亲戚”。盛桂莲教授介绍,大安虎所代表的遗传支系与现生老虎的祖先,在约26万年前已分道扬镳。现生老虎的祖先在各地辐射分化,形成不同的地理亚种,如东北虎、苏门答腊虎、孟加拉虎(印度虎)、爪哇虎等,而大安虎代表的遗传支系却走上了灭绝之路。

通过碳-14测年,大安虎生存的时期大概是在4.35万年至10万年之间。这一时期属于地球第四纪冰期的末期,亚欧大陆气温较低,尤其是我国的东北地区,气温要比现在低一些。

“那个时期的人类活动还非常少,不大可能对大安虎的生存产生很大影响,大安虎最终灭绝,很可能是受气候变化的影响。” 盛桂莲分析,随着气温降低,一些植物适应不了环境的变化而死亡,导致以此为食的食草动物大量减少,进而使得处于食物链顶端的大安虎走向灭绝。

大安虎的外形能复原出来吗?胡家铭博士告诉记者,如果能找到这只老虎的完整骨架,就基本能复原它的外形了。根据骨骼学来复原古生物的外形是最科学可靠的办法。

“目前大安虎的骨骼还只有一小块,仅凭借这一小块下颌骨还不能复原出它的体型和外观。”胡家铭说,分子生物学研究使得灭绝的老虎支系重见天日,但若要更深入地解析大安虎,搞清楚大安虎与现生老虎是否存在基因交流,还需要找到更多的样本,通过研究掌握更多的基因数据,一层层揭开大安虎的神秘面纱。

这支古DNA团队曾测定首例古代大熊猫全基因组

26万年前的远古时期,地球上的老虎演化出包括大安虎在内的多个谱系,如今,地球上的老虎只剩下一个谱系了;2万年以前,斑鬣狗在亚欧大陆和非洲大陆上纵横驰骋,后来,亚欧大陆的斑鬣狗彻底灭绝;象科动物中的猛犸象,猫科里的剑齿虎,也在漫长的生物演化中消失殆尽……

“如果不做古基因组的研究和解析,就不会知道动物演化过程中的这些秘密,更无法揭示出第四纪晚期大型哺乳动物绝灭背后的原因。”盛桂莲教授说。

根据同样的研究方法,中国地质大学(武汉)古DNA研究团队于2019年测定了首例古代大熊猫全基因组,发现了一个与现生大熊猫不同、现已灭绝的大熊猫遗传谱系。

盛桂莲介绍,现生大熊猫有三个不同地理种群,分别是秦岭种群、岷山种群、邛崃-大相岭-小相岭-凉山种群。中国地质大学科研团队发现的全新世大熊猫与现生大熊猫祖先的分离时间早于现生大熊猫的三个种群的形成时间,且与现生大熊猫的祖先种群存在基因交流,该灭绝谱系的部分基因还幸存于现生大熊猫基因库中。

盛桂莲介绍,远古时期大熊猫的栖息地广泛,中国从南到北都有分布,越南、老挝等国家也有大熊猫,而现在的野生大熊猫只存在于秦岭的山区里面。古DNA能解析栖息地大量缩减对大熊猫遗传多样性产生了怎样的影响。

“物种的遗传多样性是影响其演化存亡的一个关键因素。以古至今,对古生物基因组的研究可为生物多样性保护提供很好的证据。”盛桂莲举例说,在云南发现的古代大熊猫,其基因已经渗透到了现生大熊猫的基因中。研究其渗透入哪个种群最多,在保护大熊猫种群的过程中就可以有所侧重。这一过程非常重要,如果不进行研究,就没有办法科学地进行生物多样性保护,从而导致这一物种的基因成分越来越单一。

盛桂莲介绍,地球上很多的生物资源,其潜在的价值目前还没有探明,只有把野生动植物资源很好地保护下来,未来才有可能发挥它的价值。比如一些疾病的治疗,其药物最开始就来自于一些动植物资源,如果还没探明就灭绝了,将非常可惜。另外,人与动植物共同生存于这个地球,只有进行生物多样性保护,才能实现人与自然的和谐共处。(原标题:地大学者意外从斑鬣狗化石中发现古老虎DNA)

相关报道:中国地大(武汉)研究团队破解世界首例古代老虎基因之谜

(化石网报道)据中国教育报-中国教育新闻网(记者 程墨 通讯员 陈华文):近日,中国地质大学(武汉)教授赖旭龙领导的古DNA团队与吉林大学、丹麦哥本哈根大学合作完成的“古基因组研究发现中国北方一支已灭绝且深度分化的老虎支系”研究成果,在学术期刊《英国皇家学会会刊B辑:生物科学》上发表。这是世界首例古虎基因组研究成果。

2003年,吉林大学考古团队在吉林省通化市大安镇的一处溶洞中,发掘出大量古生物化石,并将其中部分斑鬣狗化石提供给中国地质大学(武汉)古DNA研究团队开展合作研究。通过对化石中残存DNA的分析鉴定,研究人员意外发现其中一块残破的下颌骨(标本编号:CADG482)并非斑鬣狗,而是属于老虎(以下简称“大安虎”),其年代已经超过了43500年。

在生物学分类上,老虎属于猫科、豹属、虎种,是大型猫科动物中的“明星”,其演化历史、生存状态均受到社会和学界的广泛关注。当前的老虎主要包括六个地理亚种:西伯利亚虎(东北虎)、华南虎、印支虎、孟加拉虎(印度虎)、马来虎、苏门答腊虎。已有研究认为,它们均分化自一个距今约11万年的祖先种群。

为探究大安虎与现生老虎各地理亚种的亲缘关系,研究人员加大了对大安虎下颌骨化石的古DNA提取及二代测序文库构建等工作,从24个测序文库中,组装得到大安虎近完整的线粒体基因组及部分核基因组信息。基于大安虎和所有现生老虎遗传成分对比分析及系统发育树构建,发现大安虎不同于任何现生老虎,属于此前未知且现已灭绝的遗传支系,它所代表的遗传支系与现生老虎的祖先,在约26万年前就已分道扬镳。与现生老虎的祖先随后在各地辐射分化形成不同地理亚种不同,大安虎代表的遗传支系,随后走上了绝灭之路。

对于现生老虎的研究,只能揭示它们直系祖先的演化历史。大安虎基因组的测定和解析,表明在老虎的演化历程中,有部分遗传支系丢失了,所有现代老虎只是其中一个支系的后代。迄今为止,最古老的老虎化石发现于我国甘肃距今超过200万年的早更新世,其它中、晚更新世的虎化石也遍及东亚。研究人员表示:“在得到古DNA数据之前,消失的老虎支系的遗传信息,一直被尘封在破碎的、易被误读的化石中,古基因组研究使得绝灭的老虎支系重见天日,为系统全面地探究老虎的演化历史提供了必要的、不可替代的分子依据。”
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