史前生物复活 复活史前动物:生物技术重建灭绝动物古基因

2017-02-06 - 落跑甜心

罕见的冻尸:这具在俄罗斯发现的非常罕见的小长毛象冻尸距今已有42000年,包含大量有用的信息。不过,想要了解这种动物曾经赖以生存的生物机能的精确细节,只能依靠DNA。

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生物技术的发展使我们能够重新构建灭绝动物的古基因,并进而研究古生物机体活着的时候如何运转。利用这种方法,科学家揭开了史前巨兽长毛象如何适应冰河时代严酷环境的谜题。

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150多年以来,科学家一直主要依靠骨骼和牙齿化石,来重塑史前生物。骨架能够告诉科学家这些古生物的体型大小和身体形态;骨骼上的肌肉附着点显示了这些生物究竟有多么强壮,以及它们可能的移动方式;牙齿形状和磨损程度则揭示了它们的食物种类。总而言之,研究者们必须想方设法从这些坚硬的化石中获取大量的信息。在某些偶然的情况下,他们会有机会获得保存完好的干尸或者冻尸。这使得研究者们能够得到更多细节用以重塑,例如毛发的长度、耳朵的形状、动物最后一顿晚餐所吃的东西等等。尽管科学家已经能够推断过去生命体的物理特征,但对于维持它们生存的生理活动,我们却知之甚少。

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不过,这个空白正在逐渐填补。生物技术的最新发展已经使得我们有办法重新构建灭绝动物的古基因,并进而复原这些基因所编码的蛋白质——这些蛋白质组成并驱动的细胞机器,构成了这些动物生命活动的基础。这项工作预示着一个令人激动的新科学领域即将诞生:古生理学(paleophysiology)。这一学科将研究古生物机体在活着的时候如何运转。虽然我们在这一领域的研究才刚刚开始,但是我们已经有了出色的成果。我们已经了解了一种具有代表性的史前巨兽——长毛象(woolly mammoth)——是如何适应冰河时代严酷的生存环境的。虽然要像电影《侏罗纪公园》中所描绘的那样,从史前动物的遗骸中将它们克隆出来依旧遥不可及;但我们的工作证明,对于那些早已从地球表面消失了的生物,我们现在已经有办法去了解曾经在它们体内发生过的一些关键生理活动。

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冷冻样本

这个想法来源于坎贝尔。2001年的一个夜晚,当时他正在观看一档纪实节目,节目所拍摄的是从西伯利亚冻土层中挖掘出的完整长毛象遗骸。由于当时媒体正在铺天盖地对1997年的克隆羊多利进行宣传,节目中的专家推测(事后证明是错误的),通过从长毛象体内提取DNA,科学家也许很快就能使这种生物重现于世。与这个过于宏大而且复杂的计划相比,坎贝尔的想法目的更加明确,也更具有可行性。他想要知道,这种亚洲象的古代亲戚是如何适应高纬度寒冷气候的。

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化石记录显示,长毛象的祖先全都起源于非洲的亚热带平原,而它们迁徙到西伯利亚地区只不过是在距今不到200万年前。当时,地球刚刚进入历史上最为寒冷的时期之一:更新世冰河时代(Pleistocene ice ages)。就像非洲象一样,长毛象的祖先在它们故乡所面临的最大生理问题是如何避免身体过热。可是,当这一支长毛象迁徙到北方时,由于环境温度下降,保持体温变成了最为重要的事情。

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我们对于灭绝物种相关的生物学知识,都来自对其化石、冻尸或者干尸的详细研究,因此,对于长毛象如何适应寒冷环境的讨论,主要局限于那些能够从复原尸体上直接观察到的物理性质,比如,长毛象的名称来自那些又厚又长的体毛。物理特征只是这个故事的一部分,而且很可能是非常小的一部分。事实上毫无疑问的是,必定有一系列生理功能对于它们在寒冷环境中的生存而言至关重要。不幸的是,这些生理活动没有在化石记录中留下任何痕迹,因此,我们唯一的希望就是去研究那些从化石中提取出来的破碎的DNA小片段。利用这些基因片段拼凑出一段完整的基因,并将它们植入活细胞中,诱导这些细胞产生那些曾经控制过这些生理活动的蛋白质。然后,我们通过与这些灭绝动物的现代近亲作比较,来仔细研究这些蛋白质是如何在它们体内运转的。

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