摘要:近日,科学家们成功从一头名为尤卡(Yuka)的幼年猛犸象体内,提取并复原了距今4万年的古老RNA分子。这头冰河时代的巨兽在如今的西伯利亚地区不幸殒命,而这些生物学遗迹,正为我们揭示它生命中最后时刻的惊人细节。
据美国有线电视新闻网(CNN)报道,近日,科学家们成功从一头名为尤卡(Yuka)的幼年猛犸象体内,提取并复原了距今4万年的古老RNA分子。这头冰河时代的巨兽在如今的西伯利亚地区不幸殒命,而这些生物学遗迹,正为我们揭示它生命中最后时刻的惊人细节。
这些珍贵的RNA是从尤卡木乃伊化的腿部组织中提取出来的,这些组织在永冻层中历经数万年,得到了极其罕见且完美的保存。这批RNA是迄今为止科学家们成功测序的最古老的RNA。如今,研究人员正利用这些“时间胶囊”般的分子,来揭示这头猛犸象在死亡之时,究竟有哪些基因处于活跃状态。
“一个生物体内的所有细胞,无论是脑细胞、肝细胞还是肌肉细胞,都拥有相同的DNA。因此,真正让这些细胞彼此不同的,本质上就是RNA。”瑞典斯德哥尔摩大学古遗传学中心和瑞典自然历史博物馆的进化基因组学教授、同时也是这项发表在《细胞》(Cell)科学期刊上的研究资深作者洛夫·达伦(Love Dalén)解释道,“它关乎的是在不同细胞类型中,哪些基因被‘开启’,哪些基因被‘关闭’。”
DNA和RNA是所有生命体中不可或缺的遗传物质。DNA就好比是生命体的宏伟蓝图,承载着所有遗传信息的硬编码;而RNA,则更像是那个忠实的信使,它负责解读DNA的指令,并将其传递给细胞内的“建造者”,指导它们合成蛋白质,从而让生命的各项功能得以运转。
古老的DNA分子可以保存超过100万年,它的发现和研究已经彻底改变了科学家们对地球历史的理解。然而,RNA,直到最近,一直被认为是一种极其脆弱、转瞬即逝的分子,其保存难度远超DNA。因此,这项突破性的研究成果,也让人们对这种新颖的技术能否适用于那些保存状况并非如此卓越的样本,充满了期待与疑问。
在这次研究中,科研团队对10份冷冻猛犸象组织样本进行了深入分析,其中包括肌肉和皮肤组织。最终,有三份样本成功分离出了RNA片段。然而,在这三份样本中,只有一份产生了足够详细的测序数据,能够揭示这头动物在死亡时,其基因可能如何运作。这份关键的样本,正是来自尤卡。尤卡的遗骸于2010年在西伯利亚东北部的奥约戈斯亚尔(Oyogos Yar)地区被发现,其保存状态堪称奇迹。
在这些宝贵的数据中,研究人员不仅检测到了编码蛋白质的信使RNA分子,还发现了调节基因活性的微小RNA。丹麦哥本哈根大学地球研究所的博士后研究员、该研究的主要作者埃米利奥·马尔莫尔·桑切斯(Emilio Mármol Sánchez)表示,这些发现共同揭示了“这头猛犸象在临死前,其细胞内究竟发生了怎样的生物学活动”。
马尔莫尔·桑切斯进一步推测:“我们确实假设这头动物当时已濒临死亡,而这一状态,也清晰地反映在了其肌肉组织的代谢活动中。”研究数据显示,猛犸象组织中“慢肌纤维占主导地位”,这可能代表着该组织“最后的脉动”。例如,研究人员发现,当时活跃的蛋白质中,有一种是与肌肉弹性相关的肌联蛋白(titin),另一种则是参与骨骼肌收缩的伴肌动蛋白(nebulin)。
“我们在猛犸象组织中发现的肌肉特异性微小RNA,是基因调控在远古时代实时发生的直接证据。”该研究的合著者、斯德哥尔摩大学温纳-格伦研究所分子生物科学系的副教授马克·弗里德兰德(Marc Friedländer)在一份声明中表示,“这是首次实现这样的壮举。”
未参与这项研究的德克萨斯大学医学分部生物化学和分子生物学教授埃雷兹·利伯曼·艾登(Erez Lieberman Aiden)认为,猛犸象的肌肉在死亡时仍处于活跃状态,这在生物学上是完全合理的。“你不希望第一次这样的研究就发现一个完全令人震惊的模式,”艾登说,“能够检测到组织特异性表达,这本身就令人印象深刻。”
曾测序出世界上最古老猛犸象DNA的达伦表示,他的团队开创的这些技术,有望为过去开启一条全新的科学研究途径。“这10个样本都非常优秀且独特,但只有其中最好的三个样本成功了。从这个角度看,这项技术似乎还相当小众,”他解释道,“但我的直觉告诉我,方法会不断改进。世界上有许多实验室对RNA充满热情,我相信我们一定会开发出更好的方法来恢复RNA。”
达伦指出,如果这项方法能够更广泛地应用,它将为研究古代病毒的进化提供一条途径。许多病毒,例如导致新冠肺炎的病毒,都只以RNA形式存在。通过测序古代细菌的DNA,科学家们已经能够研究鼠疫和梅毒等细菌病原体的遗传起源和进化。
达伦同时也是一家名为“巨像生物科学”(Colossal Biosciences)的德克萨斯州生物技术公司的科学顾问。该公司旨在通过编辑猛犸象、渡渡鸟和袋狼等已灭绝物种的近亲基因组,来“复活”它们。这样做将产生在视觉上与已灭绝物种无法区分的杂交动物。达伦表示,这项新方法也可以应用于这些“去灭绝”的努力中。“原则上,这里使用的方法可以成为一个工具,帮助巨像生物科学和其他公司缩小需要编辑的基因范围。”
尽管这次发现的猛犸象RNA是科学家迄今为止恢复的最古老RNA,但这并非首次。2023年,马尔莫尔·桑切斯领导的一项研究,就曾成功测序了瑞典自然历史博物馆中一头130年前的袋狼(或称塔斯马尼亚虎)的RNA。更早的2019年,一个团队从一头保存在永冻层中、距今14300年的狼的皮肤中测序了RNA。科学家们还在冰人奥茨(Ötzi the Iceman)的组织中检测到了RNA,这是一具在阿尔卑斯山冰冻中发现的5300年前的木乃伊。
艾登曾研究过猛犸象遗骸,他认为这篇论文是“一个重要的进步”,但目前尚不清楚它是否会成为该领域的转折点——或者RNA是否会像DNA一样,成为关于已灭绝生物信息的主要储存库。他打了个比方,这就像是受邀参加一场婚礼,却被要求预测这段婚姻未来会多么幸福一样,充满不确定性。“这些时刻有点难以判断,”艾登说。
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来源:世新杂谈