5000年前，一只生活在云南西部高黎貢山的大熊貓，不慎跌落深洞死亡，留下被分解的骨骼。2005年，這些骨骼在騰沖縣江東山天然豎井中被意外發(fā)現(xiàn)，這是云南發(fā)現(xiàn)的最晚大熊貓化石。
基于這一化石樣品，近日，中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）古DNA研究團(tuán)隊(duì)，與德國波茲坦大學(xué)、云南省文物考古研究所等研究人員合作，成功測(cè)定了世界首例古代大熊貓全基因組。相關(guān)成果在《當(dāng)代生物學(xué)》上在線發(fā)表。
研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該基因組代表一個(gè)不同于現(xiàn)生大熊貓、已絕滅的大熊貓遺傳譜系。但它的部分基因，通過種群交流，在現(xiàn)生大熊貓身上存活了下來。
論文第一及通訊作者、中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）副教授盛桂蓮介紹，研究結(jié)果證明，大熊貓?jiān)谘莼袉适Я诉z傳多樣性，而生物遺傳譜系的喪失和遺傳多樣性的降低，增加了大熊貓滅絕的風(fēng)險(xiǎn)。
云南騰沖江東山全新世大熊貓骨骼遺存
尋找樣品：鎖定云南“最后的大熊貓”化石
化石記錄顯示，大熊貓?jiān)?jīng)廣泛分布于北起我國周口店、南至華南大部乃至越南、緬甸的東南亞廣闊區(qū)域。相同環(huán)境條件下、分享相同地理區(qū)域內(nèi)食物來源的大熊貓個(gè)體，組成一個(gè)種群，沒有嚴(yán)格的邊界。
距今約11700年開始，大熊貓的生存區(qū)域突然急劇縮小，原來成片分布的大熊貓棲居地退縮成點(diǎn)狀，種群之間逐漸形成地理隔離，基因交流被阻斷。部分地區(qū)發(fā)生本土絕滅，不再能見到大熊貓蹤跡，只留下大熊貓化石。
“早在2000年前后，我們團(tuán)隊(duì)就開始研究大熊貓古基因。當(dāng)時(shí)選擇了廣西的古代大熊貓化石，但因?yàn)槿A南地區(qū)濕度大、土壤呈酸性，且化石年代久遠(yuǎn)，導(dǎo)致古DNA保存狀況極差，最后沒有成功。”盛桂蓮說。
因?yàn)榧夹g(shù)限制和樣品難尋，這一研究停滯了六七年。隨著新一代測(cè)序技術(shù)在古代生物基因組測(cè)定中逐漸成熟，2016年，中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）的研究團(tuán)隊(duì)開始啟動(dòng)古代大熊貓的全基因組研究。
在云南騰沖發(fā)現(xiàn)的一塊大熊貓化石，被鎖定為研究樣品。
2005年，云南省文物考古研究所在騰沖縣江東山天然豎井距地表40~60米深處，發(fā)現(xiàn)了一副大熊貓骨骼。經(jīng)測(cè)定，其年代為5000~8000年前，這是在云南發(fā)現(xiàn)的最晚的大熊貓化石，因此被稱為云南“最后的大熊貓”。
“世界上最早的大熊貓祖先種，就出現(xiàn)在云南省祿豐縣，距現(xiàn)在至少已有530萬年。這一化石屬于曾經(jīng)生活在云南的大熊貓種群，且年代相對(duì)較近，古DNA保存較為完好，正是合適的全基因組研究樣品。”盛桂蓮說。
中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）古DNA項(xiàng)目組賴旭龍教授（右一）、盛桂蓮副教授（左一）與合作者在野外發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)
基因測(cè)定：大熊貓?jiān)谘莼袉适нz傳多樣性
“最后的大熊貓”遺存的骨骼中積存了大量微生物外源DNA。研究團(tuán)隊(duì)通過優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件，從僅300 mg股骨骨粉中，得到了1.2倍覆蓋度的大熊貓全基因組。
經(jīng)過兩年多的實(shí)驗(yàn)和分析，研究發(fā)現(xiàn)，這一在云南發(fā)現(xiàn)的距今5000多年的化石樣品，代表一個(gè)不同于現(xiàn)生大熊貓、現(xiàn)已絕滅的大熊貓遺傳譜系。而且，這一譜系與現(xiàn)生大熊貓共同祖先種群的分化，早于現(xiàn)生大熊貓三個(gè)不同地理種群的形成。
“這證明大熊貓喪失的遺傳譜系，位于進(jìn)化樹根部，演化歷史更為古老，也就是說大熊貓?jiān)谘莼^程中，付出了遺傳多樣性降低的代價(jià)。”盛桂蓮表示，生物遺傳譜系的喪失和遺傳多樣性的降低，會(huì)降低生物對(duì)環(huán)境變化、病害等逆境條件的耐受力和抵抗力，從而增加生物絕滅的風(fēng)險(xiǎn)。
此前，大熊貓?jiān)谘莼校烤怪皇前l(fā)生了數(shù)量的減少，還是確實(shí)存在遺傳多樣性的降低，并無定論。“這樣的爭(zhēng)議也關(guān)系到，付出很大的代價(jià)去保護(hù)大熊貓，到底有多大的意義。”盛桂蓮說。
她表示，此次對(duì)古代大熊貓全基因組的測(cè)定結(jié)果，可以毫無疑問地證明，大熊貓的遺傳多樣性在歷史時(shí)期比現(xiàn)在更豐富。
在人類活動(dòng)和氣候等因素影響下，大熊貓被證明喪失了特定的遺傳譜系，降低了遺傳多樣性，“如果不采取措施去保護(hù)，讓遺傳多樣性持續(xù)降低，可能會(huì)導(dǎo)致這一物種最終走向滅絕。”
2005年，云南大熊貓發(fā)掘團(tuán)隊(duì)與村民合影
基因比對(duì)：滅絕大熊貓的部分基因仍存活
通過將古代大熊貓基因組與現(xiàn)生大熊貓種群基因比對(duì)，研究還發(fā)現(xiàn)，已絕滅的古代大熊貓遺傳譜系中，有少量基因通過種群雜交滲透到了現(xiàn)生大熊貓基因庫中，部分基因得以在現(xiàn)生大熊貓身上存活。
“這代表著，古代大熊貓與現(xiàn)生大熊貓祖先之間，曾經(jīng)存在遺傳信息交換和傳承。”盛桂蓮說。《Nature》期刊網(wǎng)站將這一研究結(jié)果稱為“絕滅大熊貓跨越數(shù)千年的遺傳饋贈(zèng)”。
“每個(gè)大熊貓個(gè)體的遷徙范圍都是有限的，不同種群間存在基因交流，說明當(dāng)時(shí)大熊貓的分布很廣，地域間距離并不遠(yuǎn)。”盛桂蓮說，這也從古基因的角度，為恢復(fù)和重建大熊貓的遷徙演化歷史提供了證據(jù)。
她表示，大熊貓?jiān)跉v史分布區(qū)的本土絕滅、種群的減少，代表著不同大熊貓種群之間基因交流的通道被阻斷，會(huì)降低不同種群來源的基因發(fā)生重組的可能，“最終也會(huì)降低大熊貓的遺傳多樣性，導(dǎo)致大熊貓發(fā)生絕滅的風(fēng)險(xiǎn)升高。”
滲入到現(xiàn)生大熊貓基因組的部分古基因，能被固定下來而沒有被淘汰，因此被推測(cè)具有演化生物學(xué)意義。但其在現(xiàn)生大熊貓的性狀上有何表征，盛桂蓮說，還需要開展進(jìn)一步的功能基因分析。
“基因解析工作非常復(fù)雜，需要從龐大的數(shù)據(jù)庫中將基因提取出來，看什么基因?qū)?yīng)什么功能，才能去分析某種基因是否在現(xiàn)生大熊貓身上發(fā)揮作用，比如食性、分布范圍等。”
盛桂蓮告訴記者，目前，更新世-全新世大熊貓種群演化歷史的古基因組研究，已被申請(qǐng)為國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目。“大熊貓作為明星物種，在演化生物學(xué)上也極具代表意義。我們邁出了大熊貓古DNA研究的第一步，未來，研究團(tuán)隊(duì)將會(huì)繼續(xù)朝基因解析等方向做下去。”
野外紅外觸發(fā)相機(jī)拍攝到的白色大熊貓影像
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