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数百万年前的猛犸象牙携带了有史以来发现的最古老的宿主相关细菌 DNA

古老的细菌DNA为我们提供了罕见的洞察,了解微生物如何与宿主共同进化,以及它们如何与现存物种联系。

Jenny Lehmann
作者:珍妮·莱曼 (Jenny Lehmann)
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Woolly mammoth DNA and bacteria
(图片来源:Orla/Shutterstock)

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细菌是地球上最早的生命,大约在40亿年前进化而来,最早的化石痕迹可追溯到35亿到37亿年前。但仅凭化石只能窥探过去。要真正理解早已灭绝的生物,科学家需要它们的基因蓝图。

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然而,DNA是脆弱的。由于其化学不稳定性,它经不起时间的考验。多亏了测序技术的进步和保存完好的遗骸,研究人员现在正在突破基因数据追溯时间长度的界限。

在一项新的研究中,斯德哥尔摩大学和瑞典自然历史博物馆的科学家们从超过110万年前的猛犸象牙齿中提取出了有史以来最古老的宿主相关细菌DNA。这项发表在《细胞》杂志上的研究,揭示了可能与引起大象(猛犸象的现代近亲)疾病的微生物相关的病原体。

“这项工作开启了理解灭绝物种生物学的新篇章。我们不仅可以研究猛犸象本身的基因组,现在还可以开始探索生活在它们体内的微生物群落,”古生物遗传学中心进化基因组学教授Love Dalén在新闻稿中表示。

了解古代微生物


Mammoth Tooth

猛犸象牙齿

(图片来源:照片:Love Dalén)

通常,关于古代微生物的大部分知识来自永冻土、琥珀、盐晶和深海沉积物等地方保存的DNA,或者来自人类遗骸和文物。由于DNA衰变得很快,较老的样本很少能产生结果。

人类-微生物研究在古代DNA研究中占据主导地位,部分原因是这些遗骸更年轻且更容易处理。迄今为止最古老的DNA——大约200万年前——是从格陵兰岛的冰冻土壤中发现的,让我们得以一窥早已消失的生态系统。

新的猛犸象分析更进一步。通过从长毛猛犸象和草原猛犸象(包括一头超过110万年前的猛犸象)中提取细菌序列,该团队创造了古代宿主相关微生物DNA的新纪录。


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从猛犸象样本中鉴定出的细菌菌株

在筛选和过滤了483个猛犸象样本的DNA后,他们识别出310种与猛犸象组织相关的微生物。大多数是环境或尸体后定植菌,但有六个分支脱颖而出,成为真正的宿主相关细菌,包括ActinobacillusPasteurellaStreptococcusErysipelothrix,其中一些可能具有致病性。

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根据新闻稿,其中一种被识别出的细菌菌株与目前在非洲象中引起致命疫情的细菌密切相关。大象是猛犸象现存的近亲,因此,这些发现提出了猛犸象可能面临类似感染的可能性。

最引人注目的是,研究人员重建了来自110万年前草原猛犸象样本的Erysipelothrix的部分基因组,这是有史以来发现的最古老的宿主相关微生物DNA。

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“我们的研究结果将微生物DNA的研究推回到一百万年前,为探索宿主相关微生物如何与其宿主平行进化开辟了新的可能性,”研究主要作者Benjamin Guinet在新闻稿中表示。

长期与猛犸象共存的微生物

“由于微生物进化迅速,在超过一百万年的时间里获取可靠的DNA数据就像追踪一条不断自我改写的线索。我们的发现表明,古代遗骸能够保留超越宿主基因组的生物学见解,为我们提供了微生物如何影响更新世生态系统中适应、疾病和灭绝的视角,”资深作者Tom van der Valk在声明中解释道。

虽然很难确切地说这些微生物如何影响猛犸象的健康,但这项研究为我们提供了前所未有的机会,了解已灭绝巨型动物的微生物组。研究结果表明,某些微生物谱系与猛犸象共存了很长一段时间,并存在于不同的地区和进化阶段。

通过证明即使是百万年前的动物微生物组也能被恢复,这项研究为探索微生物如何塑造古代物种的生与死开辟了新途径。

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  • Jenny Lehmann

    Jenny Lehmann

    Jenny Lehmann 是《Discover Magazine》的助理编辑,她撰写关于微生物学、心理学、神经学和动物学方面的文章,并负责印刷版的《Piece of Mind》专栏。

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