猛獁象基因,減法的適應?

真猛獁象(woolly mammoth,學名 Mammuthus primigenius)是一款已經滅團的古代大象,如今從化石中拼湊出幾個古代基因組。這個 2022 年的論文深入探討的議題是:消失的基因!?

Evolutionary consequences of genomic deletions and insertions in the woolly mammoth genome

生物的一大堆基因中,有些是必需基因,沒有就會死掉,也有些會導致不孕;有些基因則是可有可無,或至少在大部分時候可無。有時候比較奇妙,少掉某些基因,反而對生物有利。

這個論文深入探討真猛獁象的基因組,尋找他們缺失的基因。用古代基因組做這種研究難度不小,因為古代DNA 都斷成很短;見到一段 DNA 不存在,究竟是真的缺失,或只是沒有抓到呢?

喔~~喔喔~~喔喔~~喔喔~爪爪 🐘

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西瓜甜不甜?6000年利比亞古早人:不甜

分類學上,西瓜屬於葫蘆科旗下的西瓜屬(Citrullus)。 西瓜起源於非洲,不過還有好幾款西瓜的親屬。這個 2022 年的論文由非洲東北部,出土的 2 個瓜子取得古瓜基因組,得知它們都不是甜甜的紅肉西瓜 🍉

Genome sequencing of up to 6,000-yr-old Citrullus seeds reveals use of a bitter-fleshed species prior to watermelon domestication

瓜瓜類植物,看起來就無法久放,不過其中的瓜子有機會,在一些考古遺址中能見到。這個論文由 6000 年前利比亞,以及 3300 年前蘇丹的瓜子,拼湊出基因組。蘇丹古瓜的覆蓋率只有 0.04,利比亞古瓜則有 3.7,能進行較多分析。

除此之外,論文還從英國的植物園「邱園」(Royal Botanic Gardens, Kew)取材,定序一批公元 1824 到 2019 年搜集的標本。這些瓜大家有興趣的話可以自己看,我只著重在非洲古瓜。

西瓜科旗下有 7 個物種,西瓜(Citrullus lanatus)和近親們的瓜子,型態上難以區分。遺傳學研究,以及埃及的考古發現,都指出西瓜起源於非洲東北端的埃及;根據象形文字的證據,4360 年前的埃及人已經會吃西瓜。

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超過十萬年前,北極熊,棕熊的情慾交流

被智人分類為不同物種的熊,彼此間還是會情慾交流,尤其是北極熊與棕熊。熊熊們的基因組中更是留有鐵證,不過大部份都是從北極熊向棕熊的方向情慾流動,很少反過來。 這個 2022 年的論文報告 10 萬年前的北極熊古代基因組,偵測到一樁類似的事。

A polar bear paleogenome reveals extensive ancient gene flow from polar bears into brown bears

via 這裡

樣本來自北極區的波弗特海(Beaufort)一帶,在阿拉斯加的北方。北極熊樣本被取名為 Bruno 布魯諾,具體年代不確定,之前估計介於 7 到 11 萬年前。 拼湊出覆蓋率 20.3 的基因組,X染色體與體染色體的覆蓋率類似,可以判斷她是一位女生......布魯諾是女森名字嗎!?

依照遺傳差異與活跳跳北極熊相比,估計布魯諾活跳跳的日子為 10 萬多年前,姑且認定她活在十萬年前。

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滅團袋狼的古代基因組,長相變狼的另一種方式

這個 2017 年的論文,報告袋狼(thylacine,學名 Thylacinus cynocephalus)的古代基因組。澳洲、新幾內亞一帶曾住著許多大型動物,如今絕大部分已經滅絕。袋狼滅團的年代很接近現在,歐洲人抵達後遭到大批獵殺而數量大減,1936 年最後一位成員去世後,世界上再也沒有袋狼這種動物惹 QQ

Genome of the Tasmanian tiger provides insights into the evolution and demography of an extinct marsupial carnivore

古代DNA 近來成為探討滅絕生物的利器。許多研究必需由化石取得 DNA,所幸袋狼滅絕的時間還不長(又名塔斯馬尼亞虎 Tasmanian tiger 或塔斯馬尼亞狼 Tasmanian wolf)。這個論文從保存在酒精中,距今 108 年的小袋狼標本,順利拼湊出基因組。

親戚關係上,袋狼、袋鼠、塔斯馬尼亞惡魔(袋獾)皆屬於有袋類(Marsupialia,介於綱與目之間),袋鼠系列屬於雙門齒目(Diprotodontia),與另外兩者較早分家,袋狼和袋獾則屬於袋鼬目(Dasyuromorphia)。論文使用重複序列 SINE 判斷親緣關係,發現在袋鼬目旗下,袋狼應該是很早就分家出去的成員。

根據基因組探討遺傳史,估計族群數目的變化,判斷袋狼和袋獾一樣,都在介於距今 7 到 12 萬年前大幅降低(10 萬年前參與情慾交流的有效族群量是 30 萬左右,一萬年內是一萬以下),比人類抵達澳洲更早許多。

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這個 2023 年的論文著重於「狒狒」的情慾流動,調查 6 個物種的多處族群後,宣稱在人類以外的靈長類,首度發現 3 款祖源合體的跡象,可是這個說法有疑慮。

Genome-wide coancestry reveals details of ancient and recent male-driven reticulation in baboons

6種狒狒,南北兩群

狒狒(baboon)是一群猴子,現今被分為 6 個物種,住在非洲各地:

*幾内亞狒狒(Guinea,學名 Papio papio)

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聖誕島大鼠啟示:基因改造復刻滅絕生物,幾乎無可能?

這個 2022 年的論文走向有點奇妙,大家一起來獵奇?就是獲得一款滅絕老鼠的基因組,和近親比對發現,大概只有 95% 的基因組能夠對應。 所以假如要修改近親的 DNA 讓滅絕鼠復活,應該是不可能的任務。

Probing the genomic limits of de-extinction in the Christmas Island rat

滅絕鼠叫作聖誕島大鼠(Christmas Island rat,學名 Rattus macleari 麥克禮鼠),是一款曾經住在聖誕島的大鼠。聖誕島政治上是澳洲在印度洋的領土,不過地理上離印尼的蘇門答臘、爪哇比較近。

1908 年以後,就沒有人見過活跳跳的聖誕島大鼠惹。這個論文由博物館收藏的 2 件乾燥皮膚標本取得 DNA,拼湊出覆蓋率高達 60.81 的基因組,對滅絕生物而言,算是相當高的品質。

一直有人想要復活滅絕的生物,至今都沒有成功過。一個可能作法是,用滅絕生物的近親當模板,修改其 DNA,慢慢接近滅絕生物的遺傳版本。

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這個 2023 年的論文獲得大批「葉猴(colobine)」的基因組,這一大群吱吱,社會群體組成的變化多端,一群從一男多女,到多男多女 。整體觀之,寒冷環境是導致群體變複雜的一大影響力。

Adaptations to a cold climate promoted social evolution in Asian colobine primates

葉猴旗下包括 7 個屬、55 個物種。這個論文取得 48 個物種的基因組,整體走「大敘事」風格,整合眾多資訊寫起來很順,但是我覺得很多描述,看看就好。

大致話術是,先畫出吱吱們的演化樹,然後和社會組織的狀態掛鉤,支持社會狀態和演化史關係密切。我覺得到這邊都還算合理。

接著論文結合古今氣候、地點,主張幾百萬、幾十萬年前的寒冷期,促使葉猴遷徙,衍生出不同支系。 然後抓緊這點,透過基因體分析找尋遺傳適應,和社會狀態的演化掛鉤,尤其是群體規模最大的金絲猴,發現最多催產素、多巴胺相關基因的改變。

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犀牛遺傳史,DNA多樣性常態很低?

提到犀牛,許多人的印象是保育類動物。這個 2021 年的論文分析現代與古代基因組,包括 5 種現生、 3 種滅團犀牛(沒有義大犀牛),探討犀牛的遺傳歷史。最有趣的發現或許是,和其他大型動物相比,犀牛的遺傳多樣性一直很低,這似乎是犀牛們的正常狀態;不過明顯受到人類影響後,遺傳變異又變得更低惹。 

Ancient and modern genomes unravel the evolutionary history of the rhinoceros family

犀牛演化史上曾經出現過破百個物種,遍及世界各地,但是在 258 萬年前的更新世開始之際,大部分都滅團惹;到更新世結束的一萬多年前,剩下 9 個物種,如今只剩 5 種。

過去一萬多年來滅團的 4 種犀牛,包括:

板齒犀牛(Siberian unicorn,西伯利亞獨角獸,學名 Elasmotherium sibiricum)

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瑞典棕熊牙結石中的微生物,受到抗生素影響

不只人有牙結石,熊也會有。動物死掉以後,結構堅固的牙結石有機會維持很久,保存裡頭的物質,動物生前的口腔微生物也會被封印在裡面。這個 2021 年的論文,從一批熊熊的牙結石取得古代DNA,可是探討的主題是......人類使用抗生素,對生態的影響?!

The oral microbiota of wild bears in Sweden reflects the history of antibiotic use by humans

大家都聽過盤尼西林的故事,大意是懶惰的科學家小明忘記洗盤子,結果長出綠色的黴菌(糟!有政治隱喻),而且綠黴菌旁邊的細菌都活不成,於是小明就發現惹由黴菌製造,能消滅細菌的「抗生素」青黴素盤尼西林。

抗生素是天然的東西,是黴菌對付細菌的武器;細菌為惹生存,也會演化出抵抗抗生素的能力(antimicrobial resistance,簡稱 AMR)。而人類發現這件事,並且加以利用之後,大幅影響惹自然界的狀況。

這個論文的材料來自博物館收藏,取自瑞典各地的棕熊(Ursus arctos),年代介於 1842 到 2016 年,總共測試 82 個牙結石樣本,有 57 個用於分析。分析口腔中的微生物,抵抗抗生素的基因們(antibiotic resistance genes,簡稱 ARGs),也就是「反抗基因」,便有可能評估人類使用抗生素,對野生微生物的影響。

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棕熊移民日本本州島,至少有過兩波

日本的本州島上,曾經有許多棕熊走動,但是在冰河時期結束後滅團,跟 LaNew 熊一樣。這個 2021 年的論文獲得一位棕熊的古代DNA,估計他和近親的分家年代,比本州最早的棕熊化石更晚很多,因此推論移民前往本州的棕熊,至少有兩波。

Ancient DNA reveals multiple origins and migration waves of extinct Japanese brown bear lineages


本州現在沒有棕熊(Ursus arctos),不過出土過許多距今 2 到 34 萬年前的化石。這個論文從一件 3.25 萬年前的化石取得古代DNA,拼湊出覆蓋率 4 的粒線體,足以比劃親戚關係。

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丹尼索瓦洞穴中有哪些動物?膠原蛋白分析

考古、古生物、古人類學研究,膠原蛋白漸漸成為一種重要的材料。不同動物的膠原蛋白略有不同,即使形貌無存,也有機會用膠原蛋白判斷所屬。這個 2021 年的論文報告,丹尼索瓦洞穴的調查。 🐂 🐑 🦊 🐘 🦏 🐆 🐎 🐻

Zooarchaeology through the lens of collagen fingerprinting at Denisova Cave

via 這裡

ZooMS 的全名是 Zooarchaeology by Mass Spectrometry,也就是分析第一型膠原蛋白(type I collagen,COL1),藉此判斷動物所屬。

西伯利亞南方,阿爾泰山旁的丹丹洞,曾經是丹尼索瓦人、尼安德塔人的居所,其中 9 件古人類化石,便是以 ZooMS 得知,包括 2 位尼尼:Denisova 15、Denisova 17;3 位丹丹 Denisova 19、Denisova 20、Denisova 21;1 位半尼半丹 Denisova 11。

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體型較大的動物移民島嶼後,由於島上資源不足,體型可能會縮小,稱作「島嶼侏儒化」。本來很大隻的犀牛、爪爪會變小隻。這個 2021 年的論文報告,歐洲大陸的大象,來到情義西西里島後,變成迷你爪爪的過程。

Estimating the dwarfing rate of an extinct Sicilian elephant

喔~~喔喔~~喔喔~~喔喔~爪爪  via 這裡

西西里島位於義大利外海,海平面較低時,動物可以從歐洲大陸直接走過去,大概在 7、12.5、20 萬年前左右。不過爪爪也會游泳,有渡海穿越海峽的能力。

西西里島上出土過不少侏儒象,一派歸類為 2 個物種:Palaeoloxodon falconeri 和 Palaeoloxodon cf. mnaidriensis,不過就像常見的物種分類,頗有爭議。本文之後都稱之為「侏儒象」。

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