36万年前的DNA为洞熊的进化史提供了新的线索

2022-02-24 / 作者:猫咪资讯 / 来源:网络整理 / 阅读:61 /
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一个国际研究小组已经从高加索山脉的一个洞穴中发现的已经灭绝的洞穴熊乌苏库达伦西斯的36万年前的岩骨中提取并测序了DNA。来自非永久冻土环境的最古老的基因组序列。利用这个和其他洞穴熊的基因组,他们已经确定了核和线粒体的替代率,并修改了洞穴熊的进化史。重建洞穴熊大熊。影像学分:Ser......

一个国际研究小组已经从高加索山脉的一个洞穴中发现的已经灭绝的洞穴熊乌苏库达伦西斯的36万年前的岩骨中提取并测序了DNA。来自非永久冻土环境的最古老的基因组序列。利用这个和其他洞穴熊的基因组,他们已经确定了核和线粒体的替代率,并修改了洞穴熊的进化史。

Reconstruction of the cave bear Ursus spelaeus. Image credit: Sergio de la Larosa / CC BY-SA 3.0.

重建洞穴熊大熊。影像学分:Sergio de la Larosa / CC BY-SA 3.0。

该团队分析的化石属于一个中更新世洞穴熊亚种,名为“早熊”,被认为是晚更新世高加索洞穴熊“早熊”的祖先。

这个标本是在位于格鲁吉亚南奥塞梯南高加索的库达罗1号洞穴中发现的。

诺丁汉特伦特大学和波茨坦大学的研究人员阿克塞尔·巴洛博士说:“我们对全基因组数据的分析揭示了洞穴熊的新进化史。

他和他的同事产生了数十亿个单独的短DNA序列,这些序列代表了洞穴熊的DNA和人类几十万年来采集的污染物的混合物。

巴洛博士说:“我们的研究表明,这种惊人的分子能够存活的时间甚至比以前想象的还要长,这为在以前无法想象的时间范围内进行基因研究开辟了新的机会。

“我们分析了一个岩骨,它比我们以前研究过的任何一个岩骨都要老大约7倍,表明基因组数据可以从跨越30多万年的温带样本中恢复。”

“从上下文来看,这只洞熊可能生活在我们自己的物种智人出现之前。”

然后,科学家们使用计算分析从污染中对目标序列进行分类,这是通过将短序列与相关生物的参考基因组进行匹配来完成的,在本例中,参考基因组是北极熊。

他们解释说:“从总共26亿个测序的分子中,我们能够以高置信度将2.1 Gb的序列绘制到北极熊的参考基因组集合中。

Cave bear skulls (A-D) from Kudaro Caves in the Caucasus Mountains, including (D) from the Middle Pleistocene. Image credit: Gennady Baryshnikov.

洞穴熊头骨(A-D)来自高加索山脉的库达罗洞穴,包括(D)来自中更新世。图片来源:根纳迪·巴里什尼科夫。

为了更好地了解洞熊的进化,一旦他们获得了大熊熊的基因组数据,他们就能够与35000年至70000年前的其他熊进行比较,以提供所有主要洞熊谱系的广泛样本。

因为洞穴熊样本之间的时间差如此之大,他们能够计算出在此期间发生了多少次基因突变。

从这里,他们可以计算出洞熊基因组中的基因突变率,以及不同谱系分化的时间。

利用新计算出的突变率,他们发现穴居熊和它们活着的亲戚——棕熊和北极熊。大约150万年前从一个共同的祖先分化而来。

虽然他们之前已经表明洞穴熊与棕熊杂交,但以突变率,他们现在能够确定这些事件的日期。

Calibrated nuclear and mitochondrial phylogenies of cave bears: branches terminate at the sample ages and nodes are centered on the mean of their respective pair-wise estimates; the complete mitochondrial evolutionary history of the European and Uralian cave bears is uncertain; the three recent mitochondrial transfer events that can be inferred from pair-wise estimates are indicated by vertical arrows; shaded trapezoids connecting lineages indicate the two major episodes of nuclear gene flow identified by D-statistic analysis. Image credit: Barlow et al., doi: 10.1016/j.cub.2021.01.073.

洞穴熊的校准核和线粒体系统发育:分支终止于样本年龄,节点以它们各自成对估计的平均值为中心;欧洲和乌拉尔洞穴熊的完整线粒体进化史尚不确定;可以从成对估计中推断出的三个最近的线粒体转移事件用垂直箭头表示;连接谱系的阴影梯形表明通过D统计分析确定的核基因流的两个主要阶段。影像学分:Barlow等人,doi: 10.1016/j.cub.2021.01.073。

作者发现,洞穴熊在进化过程中频繁交换线粒体DNA,这直到现在都掩盖了它们真正的进化关系。

他们还发现,熊进化中的许多重大事件可能是由大约一百万年前的重大全球气候变化驱动的,当时寒冷期变得更长、更强烈,温暖期变得更短。

巴洛博士说:“我们已经能够首次确定洞穴熊基因组的突变率。

“利用这些信息,我们发现重大气候变化可能是推动这些巨型熊发生重大进化事件的一个因素。”

一篇关于该发现的论文发表在《当代生物学》杂志上。

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Axel Barlow等人,2021年。中更新世基因组校准了灭绝洞穴熊的修正进化史。当代生物学31:1-9;doi: 10.1016/j.cub.2021.01.073


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