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易懂丨丹麦科学家们讲述有趣的基因故事

不管你对基因,生命科学的了解的程度如何,听完丹麦科学家们的讲述后,你的收获绝对不是一点点,更重要的是这个过程还会超级有意思。

丹麦动物博物关于鸟的基因的故事

在著名的丹麦博物馆里,有着世界各种各样的鸟的标本。下面丹麦动物博物馆Jon Fjeldså教授(是不是觉得Jon教授留着长长的胡子,与达尔文有几分相似)给我们展示各种鸟的奥秘。

Jon教授

在他庞大的标本仓库中,最重要的收藏是一只渡渡鸟的头骨和完整的内脏标本。渡渡鸟早已灭绝,世界上只有两处博物馆保存着渡渡鸟化石。

渡渡鸟化石标本

Jon教授不仅是一名出众的生物学家,也是一名画家——为各种鸟类画插图。这些精美插图被应用于《科学》杂志上。

Jon教授手绘完成

Jon教授说鸟类是白垩纪物种大灭绝事件中的幸存者,其后它们在短期内经历了一次超级物种大爆发。然而,现代鸟类的演化历史和亲缘关系,这一最基本的问题却是困扰了学界数世纪的未解之谜。另外,鸟类快速演化形成了超过1万个不同物种,产生这些鸟类生物多样性背后的分子机制也知之甚少。

为了解答这些问题,众多科学家组成的国际鸟类基因组联盟,共同完成了48只鸟类物种的基因组测序、组装和全基因组比较分析。

全基因组分析结果提示,现代鸟类的扩张发生在6600万年前的大灭绝事件前后。这次物种大灭绝事件杀死了地球上的所有恐龙,只有部分鸟类存活了下来。之前的一些研究推测现代鸟类的扩张应该发生在大灭绝事件之前的1000万年到8000万年,而全基因组分析的结果推翻了之前的结论。

基于这些基因组数据,研究者认为仅有很少的鸟类从大灭绝事件中存活了下来。后来这些鸟类逐渐演化出了1万多种新鸟纲鸟类,95%的现存鸟类来自这一新鸟纲鸟类。大灭绝事件释放的环境也许为鸟类新物种的形成创造了良好条件,导致它们在不到1500万年的时间里快速产生了很多新物种,在很大程度上也解释了为何现代鸟类具有如此丰富的多样性。

基因组测序技术日渐成熟、成本下降,以及构建演化树计算方法和比较基因组学等领域的发展,这些条件使研究人员能更好地解决这些科研难题。

2015年6月,研究项目进一步扩展到所有鸟类,启动了“万种鸟类基因组”项目,预期在5年内建构1.05万种现生鸟类的基因组图谱,实现对鸟类生命之树的数字化重建。这是国际上首次对同一大类群的所有现生物种进行完整的基因组研究。

地质遗传学中心关于基因的故事

Willerslev教授,是丹麦国宝级的古DNA科学家。他是哥本哈根大学地质遗传学中心主任,全名埃斯克•维勒斯列夫(Eske Willerslev),同时在哥本哈根大学和英国剑桥大学担任教授职务。

Willerslev教授

Willerslev教授登上过包括《nature》、《cell》、《science》等各种权威学术杂志封面。很多科学家和研究小组只要有一篇论文能登上这些杂志的封面就可以自豪一生了,而Willerslev教授的可以挂满一墙,而据说这一墙还只是一部分。

Willerslev教授的部分研究成果

Willerslev教授的很多研究都很有意思,比如学界一直争论的格陵兰岛的人类是从何处而来?是欧洲还是亚洲?

考古界有着各种不同的说法,有说是从非洲直接迁徙过来的,也有说是从欧亚大陆迁徙过去的。Willerslev教授后来跟华大基因合作,对一个澳洲土著的毛发进行DNA分析,得到了结论是澳洲人有一部分人是从非洲迁徙而来,也有一部分是从欧亚大陆过去,两种假说是同时存在的。

另外一个研究是,除了非洲大陆以外,哪个大陆最先有人类生存?亚洲,欧洲还是美洲?Willerslev教授的研究结论是当时各个大陆几乎是同时有了人类的存在,可以发现当时是一个非常快速的人类迁徙过程。

其实通过这些研究还可以解释亚洲人常见的乳糖不耐受的问题,而欧洲80%的人都没这个问题,他们可以直接喝生冷的牛奶,而我们很多人喝了就会吐。

在对古DNA的研究发现,在欧洲青铜时代的末期,大多数欧洲人喝生牛奶一样会吐,而这个乳糖耐受的基因是来自后来的高加索地区的牧民。

除了这些有意思的基因研究项目,还有各种有意思的答复:

第一个,达尔文的进化论是真实的吗?

答:对于生命的起源,从科学严谨的角度来看不能百分百排除存在其他的可能解释,但是达尔文的进化论是目前最接近事实的假说,还没有任何反例否定进化论的正确性。

第二个,大家都关注的滥用抗生素和超级细菌的问题,有什么办法?

答:其实积极的解决方案是开发更多的新药,当然在新药开发力度不够的时候只能控制抗生素的使用,不光是人,包括动物的抗生素使用都需要控制。

第三个,猛犸象和恐龙真的能复活出来吗?

答:猛犸象是有限的可能的,恐龙以目前的技术是肯定做不到的。我们现在大概可以复活100万年前的生物,前提是要有合适的DNA组合或者有活性的细胞核。但现在最困难的是拿不到合适的样品,即便是冰层下保存的古代生物的尸体DNA也降解的太严重了。

而现在比较现实的复活猛犸象的方法可以用基因编辑技术,对大象的卵细胞基因进行编辑,使大象长出一些猛犸象的特征,但是也就仅限如此了。

最后一个,酒精消毒不靠谱!

在医院里,我们通常用酒精做消毒,认为酒精可以完全把细菌杀死,可以把它的DNA降解掉。但是DNA降解掉后,会变成二十几个碱基片段。这种短片段,在各种环境里还可以长时间很稳定的存在。

而当有新的病毒靠近的时候,我们发现这些活的细菌可以获取这些短片序列,并整合到自己的基因组里,从而形成更强大的细菌,这可能是有些病菌形成抗生素拮抗的重要机制。所以酒精的消毒并不是很彻底的方法,我们还要想一个更安全更彻底的办法把细菌杀死。

看懂了吗?丹麦的科学家们用非常有趣的例子给我们讲述与我们息息相关的基因故事,是不是很有趣?让我们一起探索生命的奥秘,感受基因的魅力吧!

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