基因时间机器中的冒险

快速阅读: 《麻省理工学院科技评论》消息，威尔·塞尔夫因其在进化遗传学上的突破获奖，包括恢复了首个完整古代人类基因组。他在哥本哈根大学的研究团队从人类骨骼和沉积物中提取古DNA，揭示了北极地区的历史生态变化。此外，他们尝试将古代植物基因整合到现代作物中，以应对气候变化。塞尔夫认为，通过古DNA研究，可以为粮食作物适应新环境提供解决方案。

我一直想着，“有没有什么有趣的东西可以提取DNA？”他一边说着，一边瞥了一眼工作人员。“但他们不喜欢这样，因为……”威尔·塞尔夫最近还常带着小型电锯旅行，用手做了个来回切割的动作。威尔·塞尔夫访问蒙特利尔是为了从世界文化理事会那里领取一个科学奖，该奖项之前曾颁发给弦理论学家爱德华·威滕和天体物理学家玛格丽特·伯比奇，以表彰她在类星体研究方面的工作。威尔·塞尔夫因“在进化遗传学方面的众多突破”而获奖。这些突破包括在2010年恢复了第一个相对完整的古代人类基因组，并创下了最古老遗传物质的记录：来自格陵兰冰冻土堆中240万年前的基因，揭示了北极沙漠曾是一片森林，其中包括白杨、桦树和游荡的乳齿象。这些发现只是所谓的“古DNA革命”中的一小部分。在这个革命中，用于研究生物DNA的高速设备被用来研究过去的标本。

在哥本哈根大学的格洛布研究所，威尔·塞尔夫工作的地方，有一个装满人类臼齿和耳骨的冷冻室，这些样本是从考古学家以前挖掘出的骨骼中切下来的。另一个冷冻室则存放着从湖底钻取的沉积物核心，在那里他的团队发现了已经消失的整个生态系统的遗迹。由于几个资金充足的实验室，如哥本哈根的一个实验室，古DNA研究从未如此繁忙。有剑齿虎、洞熊以及数千名古代人类的基因图谱，包括维京人、波利尼西亚航海者等，还有许多尼安德特人。根据《自然》杂志2024年12月的统计，研究过的古代人类总数已超过10,000人，并且还在迅速增加。DNA的来源也在增加。研究人员成功地从一块雕刻的驯鹿牙中提取了冰河时代女性的基因组，其表面吸收了她的DNA。其他人正在挖掘洞穴地板，找到了生活在那里的人员和动物的遗迹。“我们实际上走在DNA上，无论是来自现在还是过去。”威尔·塞尔夫说。

埃斯克·威尔·塞尔夫领导着少数几家实验室之一，致力于从人类、动物和环境中提取和测序古DNA。他的团队的主要竞争对手在哈佛大学和德国莱比锡的马克斯·普朗克进化人类学研究所。旧基因已经揭示了全球范围内人类迁徙的惊人故事。但研究人员希望古DNA不仅仅是对过去的望远镜——他们希望它能在当前具有实际用途。有些人已经开始从祖先DNA中寻找现代疾病，如糖尿病和自身免疫疾病的起源。其他人则希望利用旧的遗传数据来修改今天存在的生物体。例如，在威尔·塞尔夫的中心，由拥有丹麦制药公司诺和诺德基金会提供的5亿丹麦克朗（约6900万美元）资助的一个项目正在推进，该项目的目标包括将生活在古代气候条件下的植物的DNA变异整合到大麦、小麦和水稻等粮食作物的基因组中。计划是重新设计作物甚至整个生态系统，以抵御不断升高的温度或不可预测的天气，这一计划已在进行中——去年，带有来自生活在200万年前格陵兰岛植物的基因信息的大麦幼苗已经在实验温室中开始生长，当时那里的温度远高于今天。

威尔·塞尔夫，他最初在冰芯中寻找遗传材料，正将这种可能性视为古DNA研究的下一个前沿领域，将其从历史的好奇转变为潜在的地球救星。如果不帮助粮食作物适应气候变化，“人们将会挨饿，”他说。“但如果我们在世界各地不同的气候条件下回到过去，我们应该能够找到有用的基因适应。这是大自然对气候事件的反应。我们能获取吗？是的，我相信我们可以。”

残留与痕迹

1993年，就在史蒂文·斯皮尔伯格的电影《侏罗纪公园》上映前一天，科学家们宣布在一篇论文中称他们从一块保存在琥珀中的1.2亿年前的象鼻虫中提取了DNA。这一发现似乎让电影中关于克隆霸王龙的情节更接近现实。“迟早有一天，”当时一位科学家说，“我们会找到保存在琥珀中的吸血昆虫，里面充满了恐龙的血液。”但那些结果后来被证明是现代DNA污染所致。问题是现代DNA比老牙齿或土壤样本中遗留的DNA要丰富得多。这是因为遗传分子不断被微生物分解，并受水和辐射影响。随着时间的推移，这些片段变得越来越小，直到大多数片段短到难以分辨是属于人类还是剑齿虎的DNA。

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