科学家首次以神奇的3D方式重建猛犸象染色体

一块皮肤碎片在永久冻土层中埋藏了52000年，给了我们一个奇妙的世界。

这是一头长毛猛犸象（Mammuthus primigenius）留下的，这些材料不仅给我们提供了一个基因组，还给我们提供了这种曾经辉煌的动物染色体的三维重建。

美国贝勒医学院的遗传学家埃雷兹·利伯曼·艾登说：“这是一种新型的化石，它的规模使单个古代DNA片段相形见绌 —— 序列是后者的100万倍。”

“这也是第一次对古代样本进行核型鉴定。”

最后一批长毛猛犸象大约在4000年前灭绝，科学家们只能通过它们留下的痕迹拼凑出它们的历史和生活。因为它们适应了寒冷的环境，它们的许多遗骸幸运地在充当天然冰柜的冰冻地区被发现，保存了比其他地方可能发现的更多的遗传物质。

2018年，西伯利亚冻土带发现了一只保存异常完好的雌性长毛象遗骸。该标本不仅包括骨骼，还包括皮肤组织，一组研究人员认为，这些组织可能保存了比以往更多的这种野兽的遗传物质。

这是因为这头猛犸象似乎在死后不久就被冻干了，这一过程通过升华的方式去除水分，同时冷冻剩余的东西，从而提高了保存效果。这种木乃伊化过程使材料保持在玻璃般的状态 —— 易碎，但相对完整，就像一块毛茸茸的猛犸象肉干。

“我们已经知道古代DNA的微小片段可以存活很长一段时间，”哥本哈根大学的基因组学家Marcela Sandoval-Velasco说，他是这项研究的共同主要作者。

“但我们在这里发现的是一个样本，这些DNA片段的三维排列被冻结了数万年，从而保留了整个染色体的结构。”

这很重要，因为它给了我们更多的遗传信息，而不仅仅是我们之前恢复的碎片。

生物体的整个基因组是由数十亿个核苷酸碱基组成的序列，这些碱基配对形成了许多长而扭曲的双链DNA聚合物。这些线状分子缠绕在自己身上，形成染色体的结构，使基因组能够整齐地融入细胞核，同时保护其更微妙的序列，促进表达。

每条染色体可以包含数以亿计的碱基对，尽管即使在保存完好的遗骸中，染色体也会迅速分解成很少超过100个碱基对的碎片。

研究人员从猛犸象耳后取下一块皮肤，并使用一种称为Hi-C的分析技术来帮助他们弄清楚拼图的哪一部分去了哪里。这是一项艰苦的工作，花费了数年时间，但最终，该团队绘制出了猛犸象的DNA图谱，从而获得一系列新的见解。

首先，他们能够确定长毛猛犸象有28对染色体 —— 这是我们第一次能够在很久以前灭绝的动物中计算出它们的数量。这个数字是有道理的，因为猛犸象的近亲大象也有28对。

“通过比较古代DNA分子和现代物种的DNA序列，有可能找到遗传密码中单个字母发生变化的情况，”贝勒医学院和莱斯大学的遗传学家和共同主要作者奥尔加·杜琴科说。

“化石染色体是游戏规则的改变者，因为了解生物体染色体的形状，使组装灭绝生物的整个DNA序列成为可能。这使得以前不可能实现的见解成为可能。”

这是因为活跃和不活跃的基因往往在空间上被分隔到细胞核的不同区域，这种现象被称为染色体区隔化。通过比较猛犸象和大象的区隔，研究人员希望弄清楚为什么它们如此相似，但也如此不同。

“对我们来说，一个显而易见的问题是：为什么它是一只‘长毛猛犸象’？”哥本哈根大学的遗传学家托马斯·吉尔伯特说，“为什么它不是一只‘秃顶惊人的猛犸象’呢？”

“这些化石中仍然保存着这种区隔现象，这一事实至关重要，因为它使我们第一次有可能看到长毛象中哪些基因是活跃的。”事实证明，有一些关键基因调节毛囊的发育，其活动模式与大象完全不同。”

这为研究长毛象的生活和最终灭亡开辟了一个全新的领域。虽然保存标本很罕见，但即使是一组染色体也将我们的知识扩展到一个新的领域。

该团队的分析可以用于开发方法，甚至可以用于更降解的样品。他们建议对来自不同环境的一系列样本进行测试，看看可能会有什么样的结果等待被发现。

他们在论文中写道：“古埃及祭司认为，木乃伊化可以让人或动物在未来的生活中复活。他们可能比人们意识到的更接近目标。”

研究结果发表在《细胞》杂志上。