700年前灌木恐鸟完整基因组被重组，“侏罗纪公园”或非幻想

迄今为止，地球已经履历了五次物种年夜灭尽。而今，很多专家警告说，第六次物种年夜灭尽已经到来，人类就是祸首祸首。仅仅在 17 宿世纪到 20 宿世纪末的短短 300 年里，单是动物，已有 300 多种永远离我们而去，包罗渡渡鸟，年夜海雀等。令人切齿痛恨的是，据统计，在将来 50 年中，地球陆地上四分之一的动物和植物如帝企鹅，中华鲟等都将遭到没顶之灾。

日益严重的生物多样性问题已经起头危及人类保存自己，科学家们也一向在测验考试若何减缓这一过程，此中就包罗测验考试新生灭尽物种。

图 | 帝企鹅

近日，来自哈佛年夜学的科学家们用现代手艺当作功初次完整重组灭尽了 700 年的小灌木恐鸟基因组，这使得绝迹基因组学标的目的实现 De-extinction （新生灭尽物种）方针——重现绝迹物种——更进了一步。

图 | 年夜灌木恐鸟

灌木恐鸟附属于始鸟下纲，近亲有鹬鸵，鸵鸟和鸸鹋，它按照巨细被分为九种，但此刻全数都已灭尽。此中，小灌木恐鸟是该物种最小和最常见的变种，平均身高约 4 英尺，体重约 66 磅，以植物为食。

按照新西兰导报（the NZ Herald），它们原师长教师活在新西兰海说神聊岛和南岛的丛林中，但在公元 14 宿世纪后期，因波利尼西亚人的过度捕猎，灌木恐鸟灭尽了。

图 | 分歧种类的灌木恐鸟

此研究固然今朝只在线上展示了非同业评断，正式论文尚未颁发，但在绝迹基因组范畴中已经颤动不凡。

来自加州年夜学圣克鲁斯分校的 Beth Shapiro，曾在 2017 年重组了侯鸽基因组。他暗示，这个研究“超等酷”，因为它“重现了天然环境下，永远不成能从头呈现的绝迹基因组”。

来自丹麦天然汗青博物馆的灭尽物种基因组专家 Morten Erik Allentoft 也称这是“重年夜的前进”。而且，这也是 Revive and Restore 此刻存眷的问题之一——该组织是一个非营利性庇护组织，旨在重现已灭尽物种，如侯鸽、猛犸等。

Revive and Restore 首席科学家本 Novak 认为，这项研究意义不凡，因为此刻我们可以将他们的方式用在‘新生’其他物种了。该组织创始人之一 Stewart Brand 说：“De-extinction （新生灭尽物种）时代逐渐到临。最终，它将被视为另一种形式的物种新生，“像把狼带回黄石公园，并将海狸送回瑞典和苏格兰。”

图丨“新生”灌木恐鸟的手艺道理和“新生”猛犸象的道理不异

那么科学家们是怎么实现的呢？起首，科学家从一个灌木恐鸟标本中收集了耻骨样本，该标本陈列于多伦多皇家安粗略博物馆。

然后，他们再从此中提取 DNA。然而，这一步并未听起来那么简单。按照来自加州年夜学旧金山分校的 Shapiro，“DNA 的衰变在灭亡的几天内就起头了。是以，来自标本的 DNA 就像酒杯碎片一样。”幸运的是，今天的高通量基因组测序仪可以或许完美地解决这个问题！

高通量基因测序，别名年夜规模平行测序，是将 DNA（或者 cDNA）随机片段化、加接头，制备测序文库，经由过程对文库中数以万计的克隆 (colony) 进行延长反映，检测对应的旌旗灯号，最终获取序列信息。与 Sanger 法为代表的传统测序法比拟，高通量测序手艺在处置年夜规模样品时具有显著的优势，又快（两天）又多（数百万克隆），当作为今朝组学研究的本家儿要手艺。

借助高通量基因组测序仪，科学家们实现了 DNA 片段的序列测心猿意马。接下来就需要定位 DNA 片段在基因组上的位置：以何种挨次位于哪些染色体上。

为此，哈佛年夜学的 Alison Cloutier 和其他当作员阐发了数百万个 DNA 片段中近 9 亿个核苷酸，并经由过程与鸸鹋的基因组相对照以定位 DNA 片段的位置。这是因为鸟类基因组，包罗其他八种（都已灭尽）恐鸟，都具有相似的布局。也就是说，节制特心猿意马性状的基因倾标的目的于位于不异的染色体上，分歧基因的摆列体例也相似。

图 | 小灌木恐鸟与几种近亲鸟类基因组对比

事实上，这种经由过程近亲对比的方式已被普遍用于古基因研究。例如 Shapiro 和她的研究小组操纵带状鸽的基因组来重组侯鸽短 DNA 片段的序列。今朝，她也正在尽力为渡渡鸟做近似的工作：用尼科巴鸽子（与渡渡鸟血缘关系比来的物种）的基因组作为模板。

再如，哈佛年夜学的 George Church 团队正在对年夜象染色体进行测序，用于猛犸 DNA 重组的参考。此外按照研究，猛犸的灭尽与疱疹病毒传染有关。是以，Church 团队打算在重组基因组之前，先用基因工程导入疱疹病毒抗性基因。Church 暗示，本年他们将颁布发表研究进展。

图丨Ben Mezrich讲述全宿世界规模内新生猛犸象的新著《长毛象：新生史上最具标记性的灭尽生物的真实故事》（Woolly: The True Story Of The Quest To Revive One Of History’s Most Iconic Extinct Species）

在此次的研究中，哈佛年夜学的科学家们恢复了恐鸟年夜约 85% 的基因组。

“另 15% 很难经由过程鸸鹋的基因组恢复。”Novak 说，“要将细小的片段拼接当作完整的基因组很是坚苦。”普林斯顿年夜学博士后 Charlie Feigin 也暗示了不异的观点：“你可以从近亲物种上寻找线索，但这不克不及包管能获得完整且准确的灭尽物种基因组。”

图丨George Church与“猛犸象”对望

鉴于此，尽管科学家将组装后的灭尽物种基因组注入活体物种的卵子后，能重现这种灭尽物种，可是它可能不会是原始物种的完美复成品。举个例子，与原始侯鸽比拟，如许获得的侯鸽可能以不异食物为食，但有着分歧的生殖和社会行为。

并且，在鸟类卵子中实现基因组导入其实比在哺乳动物中更坚苦。众所周知，哺乳动物的基因可以经由过程克隆手艺重组到哺乳动物卵细胞中，这也就是最初颤动一时的“多利羊手艺”。

“但至少今朝为止，这在野生鸟类中并不合用。”Brand 说。独一一个变通方式是将基因组转化导入到能分化当作卵子或精子的胚胎细胞中，这种方式比来在家鸡中取得当作功。

事实上，重组绝迹基因组在这个范畴并不罕有。按照 Novak：“正式报道已有四五种绝迹基因组重组研究，但现实上正在进行绝迹基因组重组的研究数目可能是颁发数目的四倍。”

此中，接近实现基因组重组的物种包罗猛犸象，侯鸽和两种已灭尽的前人类，尼安德特人和丹尼索瓦人。别的，在还处于“基因组石器时代”的 1984 年，就实现了斑驴的 DNA 测序，这是第一个实现 DNA 测序的绝迹物种，但它不合适现代尺度。

图 | 尼安德特人

图 | 丹尼索瓦人

除此之外，科学家们也接近重组了渡渡鸟和年夜海雀的基因组。渡渡鸟，是仅产于印度洋毛里求斯岛上一种不会飞的鸟，在 17 宿世纪末期灭尽；年夜海雀，产于海说神聊年夜西洋，在 19 宿世纪中期灭尽。别的，上个月，澳年夜利亚的研究人员揭开了塔斯马尼亚虎的基因组，该物种在 1936 年灭尽。

图 | 渡渡鸟模子

然而，还有一些科学家不撑持新生这些灭尽物种，因为物竞天择，报酬重现的物种在激烈的竞争中可能也不会继续幸存下去。别的，一些否决者则认为，科学家应该加倍存眷正蒙受灭尽威胁的新物种。

昆士兰年夜学的科学家 Hugh Possingham 在一份声明中暗示：“若是我们确保它不会削减现有的资本，那么 De-extinction 的概念可能有助于新科学范畴的降生并有利于情况庇护。”

“可是，把重点放在今朝亟需帮忙的物种上才是最好的。”他弥补说。