【好好学习迎国庆】猛犸象和基因之间那些不得不说的故事

深圳国家基因库2021-09-12 08:15:49



国庆长假即将到来,此刻小伙伴们是不是都已经踏上了度假之路?为了帮大家排遣路上的寂寞,平复途中焦急的心情,小编本着“好好学习迎国庆”的理念,为大家准备了一篇知识与趣味并重的故事


曾经有人说过

生命就是一条长河

每个生命在渡河之时

都会与其它的生命相遇

然后分离

 

  一些曾经存在甚至携手渡河的生命、事物,就这样,走着走着就散了,然后,回忆也就淡了。于地球,许多的生命都是如此:与这颗蓝色的星球相遇,然后分离。也许是地球自己不想要忘记这些曾经存在过的生命吧,所以,每个生命所携带的基因都记录了自身的生命轨迹。但是在自然环境日益恶劣的今天,身处濒危的动植物正面临危机,这些生命如果得不到记录将会永久消逝。国家基因库承担起了这一使命:保存基因,让它们有机会说明生命进化的历程;保护濒危的生物,甚至复活已然消亡的生物。猛犸象的基因就是其中之一。

 


发现猛犸象


  1728年,来自英国的科学家汉斯·斯隆(Hans Sloane)进行了人类历史上最早的猛犸象遗骸鉴别工作。他发现,这幅遗骸并不是属于传说中的比蒙巨兽或是巨人,而是属于某种象的。

 

  1796年,法国科学家乔治·居维叶(Georges Cuvier)指出汉斯研究的遗骸不是属于现代任何象的祖先,而是来自一个完全灭绝的物种。德国科学家约翰·弗里德里希·布卢门巴赫(Johann Friedrich Blumenbach)将这种依然灭绝的物种命名为猛犸象。


  接下来的几百年间,世界各地陆续出土了一些猛犸象的遗骸和化石。但由于彼时科学条件所限,研究人员无法从遗骸上获得更多的线索。于是,他们选择将标本保存起来,以便未来的研究。

 


描绘猛犸象


  科学家们陆续在西伯利亚科雷马河支流、西伯利亚泰梅尔半岛、靠近尤瑞贝河等地的冻土层内发现拥有完好的猛犸象遗骸,可以用于猛犸象的种系发生学及生理学等方面的研究。通过各种技术手段,科学家为我们还原出一幅猛犸象生活的画卷。
 


猛犸象的日常


  猛犸象起源于非洲,早期分布于欧洲、亚洲、北美洲的北部地区,可以适应草原、森林、冻原、雪原等环境。作为世界上曾经最大的象以及在陆地上生存过的最大的哺乳动物之一,猛犸象夏季以草类和豆类为食,冬季以灌木、树皮为食,过着群居的生活。

——来源于维基百科


  和他们的现代亲戚一样,猛犸非常巨大。猛犸中已知最大的种类,肩高4米,重达6-8吨,个别雄性的体重超过12吨,但是大部分种类的猛犸只有现代亚洲象那么大。基于对他们的近亲现代象的研究,猛犸的怀孕期可能长达22个月,一胎只生育一个后代。他们的社会结构可能与非洲象或者亚洲象相似,雌性生活在由一个雌性首领领导群体中,同时雄性单独生活或者在性成熟之后生活在松散的小群中。

——来源于 Columbian Mammoth & Channel Island Mammoth. San Diego Zoo. [2010-06-15].


猛犸象灭亡


  距今约4000年前的时候,最后一批猛犸象也灭绝了。至此,世界上最大的象离开了历史舞台,同时也标志着冰川时代结束。至于消失的缘由,数百年来一直是人们关心的问题。科学家们通过考古学研究、对猛犸象遗骸物质的DNA测序以及计算机模拟分析后获得的数据,发现了几种可能造成猛犸象灭亡的原因。



灭亡原因
猛犸象生长速度缓慢
  现代象从怀孕到产仔需要22个月,而猛犸象生活在严寒地带,怀孕期可能会更长。另一方面,幼象成活率低也减缓了猛犸象的数量增长。也就是说,由于猛犸象的生殖与死亡之间的平衡遭到破坏,导致其数量不可避免地迅速减少直至绝灭。
——资料来源于 twword-wiki百科
生活环境变化
  瑞典自然历史博物馆的Dalen博士及其团队对300只猛犸象的DNA样本进行了分析,结果发现,当时气候变暖,猛犸象被迫向北方迁移。活动区域的缩小,以及草场植物的减少,猛犸象无法获得足够的食物,面临着饥饿的威胁。因此,在冰河时代结束之时,猛犸象数量的加速下降,它们生存的草原被森林和苔原所取代或许是重要原因之一。
近亲繁殖
  由荷兰鹿特丹自然历史博物馆馆长Jelle Reumer领导的研究小组发现,气候变化使得猛犸象的栖息地变得分散,生活状态也由原先的聚集在一起变成相互分离。分离后的猛犸象,种群数量减少,近亲繁殖随即出现,遗传变异的缺失使得猛犸象无法抵御来自寄生虫、疾病和人类的攻击。




复活猛犸象


  基因数据为我们展示了存在于几千年前的这些生命是如何起源、发展,并最终消亡的。而在了解了这群“庞然大物”曾经的生活轨迹后,科学家们发现,或许可以利用保存的DNA来复活它们。 

获得遗传信息和细胞


        复活猛犸象并非是从零开始的,首先我们可以从保留下来的化石中获得一些基本的材料,从冻土中发现的保存较为完好的猛犸象遗骸中,能从中提取到猛犸象的DNA信息,这些DNA信息为猛犸象复活打下了奠基石。
        2012年在东西伯利亚发现的保存完好的猛犸象尸体,为猛犸象的复制提供了希望,一些由俄罗斯科学家领导的国际小组发现了猛犸象完好无损的包括毛发、骨髓在内的细胞。这些完好无损的细胞可以用来提供较完整的遗传信息,也能够通过细胞技术进行复苏培养、构建细胞系,使细胞的数量不断扩大,从而解决猛犸象遗传资源稀缺的问题,以提供进一步对猛犸象研究的素材基础。
——来源于 Russian and Korean Researchers Will Inject Mammoth DNA Into Elephant Eggs, Resurrecting 10,000-Year-Old Beast. POPSCI. March 14, 2012 [2012-03-14].
功能性的研究
  在获得较为完整的猛犸象遗传信息之后,首先需要了解猛犸象的遗传物质的特性。什么基因使得猛犸象长得那么高大(猛犸象是曾经世界上最大的象)?猛犸象独特的御寒特性的功能原理?猛犸象与现存大象的亲缘关系远近?
       为了一一揭开猛犸象的神秘面纱,科学家们在“复活猛犸象的研究道路上不断前行。早先美国哈佛大学医学院的George Church教授及其团队在进行“复活”猛犸象的遗传信息研究时,从之前保存下来的DNA中,优先选择出猛犸象与抗寒性相关的DNA。为了验证这一特性的有效性,将其插入普通大象的DNA序列中进行观察。结果发现,这些DNA能够在普通大象中正常发挥功能。这些御寒基因会导致细胞产生对热量敏感度更弱的蛋白质,从而使它们更能适应寒冷的气候环境。 



获得猛犸象的种子


  一旦猛犸象的基因调控机制清晰明了之后,科学家们表示可以着手研究通过基因编辑、干细胞技术来获得猛犸象的全能干细胞。对培养获得的猛犸象细胞尝试使用分子刺激、基因编辑等方式,让猛犸象遗传物质中负责“全能性”的基因解除“封印”,让这些细胞转变成全能干细胞。
        生物的全能干细胞是具有能够发育成为各种组织器官的完整个体潜能的细胞,这也是猛犸象宝宝的初始形态。不久的将来,基因编辑、干细胞技术或许能够从猛犸象遗骸中获得的细胞定向转变成全能干细胞,从而获得猛犸象的种子。



为猛犸象找妈妈

 

  种子是需要适宜的环境才能健康成长的,猛犸象宝宝也需要在妈妈怀中孕育、出生。虽然可以让亚洲象、非洲象这些近亲当“代孕妈妈”,但是因为猛犸象与这类象群已经有4000年的时间差距,猛犸象宝宝可能会与“代孕妈妈"产生水土不服的问题。如果将猛犸象宝宝放到代孕妈妈肚子中,可能会产生不同种之间的排斥反应,甚至导致流产。
        为什么会产生这样的排斥反应呢?可以用老虎与狮子“联姻”出生的狮虎兽来解释。狮子与老虎相恋、怀孕的概率极低,即使在人工饲养的环境下,虎、狮受孕的机会也仅为1%至2%。幼兽由于先天不足等原因,成活率仅为五十万分之一左右。即便狮虎兽存活下来,因为先天性的基因缺失,导致患上遗传性疾病,不能健康的成长。
        科学家表示需要对普通象怀孕的基因基础进行研究,减少因为物种差别导致的免疫排斥反应,从而让猛犸象宝宝能够健康地降临于世。


 



  尽管这些研究让人类离未来成功复活猛犸象更进一步,但科学家们普遍认为,这并不是研究猛犸象基因的唯一意义。通过复活猛犸象并将它们重新引入生态系统可以使冻土层恢复成草原,从而保住冰川,减少其中储存的温室气体的释放。 


后记
如果地球有记忆


  诞生于45亿年前的地球,在它35亿岁的生日之时,迎来了其它的生命。在此后的10亿年间,地球见证了无数生命的出现、发展和消亡。如果地球有记忆,它一定会记住所有现存的、濒危的或者已然消失的生命,并告知其它生命这些记忆。可惜,地球不会说话。于是乎,每个生命的基因代替地球担负起了储存生命记忆并告知大众的责任。

 

  每个生命的基因都是独一无二的,它会告诉我们在那些遥不可及的年代里,当时生命的故事,比如说猛犸象;它也会告诉我们,现在我们所见的生命是如何演化而来的,比如说鸟类;它还会告诉我们,这些濒危的生命的过去和现在,甚至如何使它们丢掉“濒危”的标签,比如说熊猫;它甚至还会告诉我们,那些消失生命的复活之路……

 

  如果地球有记忆,也许基因就是我们了解那记忆的重要方式之一了吧。


祝大家国庆节快乐!

保亿万年进化之精华
存亿万民众之生命根本  


 


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