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長按識別二維碼，報名2018十大突破性技術中國區線下解讀會
迄今為止，地球已經經歷了五次物種大滅絕。 而今，許多專家警告說，第六次物種大滅絕已經到來，人類就是罪魁禍首。 僅僅在 17 世紀到 20 世紀末的短短 300 年裡，單是動物，已有 300 多種永遠離我們而去 ，包括渡渡鳥，大海雀等。 令人痛心疾首的是，據統計，在未來 50 年中，地球陸地上四分之一的動物和植物如帝企鵝，中華鱘等都將遭到滅頂之災。
日益嚴峻的生物多樣性問題已經開始危及人類生存本身，科學家們也一直在嘗試如何減緩這一過程，其中就包括 嘗試復活滅絕物種。
圖 | 帝企鵝
近日，來自哈佛大學的科學家們用現代技術 成功首次完整重組滅絕了 700 年的小灌木恐鳥基因組 ， 這使得絕跡基因組學向實現 De-extinction （復活滅絕物種）目標——重現絕跡物種——更進了一步。
圖 | 大灌木恐鳥
灌木恐鳥隸屬於始鳥下綱，近親有鷸鴕，鴕鳥和鴯鶓，它根據大小被分為九種，但現在全部都已滅絕。 其中，小灌木恐鳥是該物種最小和最常見的變種，平均身高約 4 英尺，體重約 66 磅，以植物為食。
根據新西蘭導報（the NZ Herald），它們原先生活在新西蘭北島和南島的森林中，但在公元 14 世紀後期，因波利尼西亞人的過度捕獵，灌木恐鳥滅絕了。
圖 | 不同種類的灌木恐鳥
此研究雖然目前只在線上展示了非同行評議，正式論文尚未發表，但在絕跡基因組領域中已經轟動非凡。
來自加州大學聖克魯斯分校的 Beth Shapiro，曾在 2017 年重組了侯鴿基因組。 他表示， 這個研究“超級酷”，因為它“重現了自然情況下，永遠不可能重新出現的絕跡基因組”。
來自丹麥自然歷史博物館的滅絕物種基因組專家 Morten Erik Allentoft 也稱這是“重大的進步”。 並且，這也是 Revive and Restore 現在關注的問題之一——該組織是一個非營利性保護組織，旨在重現已滅絕物種，如侯鴿、猛獁等。
Revive and Restore 首席科學家本 Novak 認為， 這項研究意義非凡，因為現在我們可以將他們的方法用在‘復活’其他物種了。 該組織創始人之一 Stewart Brand 說： “De-extinction （復活滅絕物種）時代逐漸來臨。最終，它將被視為另一種形式的物種複活， “像把狼帶回黃石公園，並將海狸送回瑞典和蘇格蘭。”
圖丨“復活”灌木恐鳥的技術原理和“復活”猛獁象的原理相同
那麼科學家們是怎麼實現的呢？ 首先，科學家 從一個灌木恐鳥標本中收集了恥骨樣本 ，該標本陳列於多倫多皇家安大略博物館。
然後，他們再 從其中提取 DNA 。 然而，這一步並未聽起來那麼簡單。 根據來自加州大學舊金山分校的 Shapiro，“DNA 的衰變在死亡的幾天內就開始了。因此，來自標本的 DNA 就像酒杯碎片一樣。” 幸運的是，今天的高通量基因組測序儀能夠完美地解決這個問題！
高通量基因測序，又名大規模平行測序，是將DNA（或者cDNA）隨機片段化、加接頭，製備測序文庫，通過對文庫中數以萬計的克隆(colony) 進行延伸反應，檢測對應 的信號，最終獲取序列信息。 與Sanger 法為代表的傳統測序法相比，高通量測序技術在處理大規模樣品時具有顯著的優勢，又快（兩天）又多（數百萬克隆），成為目前組學研究的主要技術 。
借助高通量基因組測序儀，科學家們實現了 DNA 片段的序列測定。 接下來就需要定位 DNA 片斷在基因組上的位置： 以何種順序位於哪些染色體上。
為此，哈佛大學的 Alison Cloutier 和其他成員分析了數百萬個 DNA 片段中近 9 億個核苷酸，並通過與鴯鶓的基因組相對照以定位 DNA 片段的位置。 這是因為鳥類基因組，包括其他八種（都已滅絕）恐鳥，都具有相似的結構。 也就是說，控制特定性狀的基因傾向於位於相同的染色體上，不同基因的排列方式也相似。
圖 | 小灌木恐鳥與幾種近親鳥類基因組對比
事實上，這種通過近親對比的方法已被廣泛用於古基因研究。 例如 Shapiro 和她的研究小組利用帶狀鴿的基因組來重組侯鴿短 DNA 片段的序列。 目前，她也正在努力為渡渡鳥做類似的事情：用尼科巴鴿子（與渡渡鳥血緣關係最近的物種）的基因組作為模板。
再如，哈佛大學的 George Church 團隊正在對大象染色體進行測序，用於猛獁 DNA 重組的參考 。 此外根據研究，猛獁的滅絕與皰疹病毒感染有關。 因此，Church 團隊計劃在重組基因組之前，先用基因工程導入皰疹病毒抗性基因。 Church 表示，今年他們將宣布研究進展。
圖丨Ben Mezrich講述全世界範圍內復活猛獁象的新著《長毛象：復活史上最具標誌性的滅絕生物的真實故事》（Woolly: The True Story Of The Quest To Revive One Of History’s Most Iconic Extinct Species）
在這次的研究中，哈佛大學的科學家們恢復了恐鳥大約 85% 的基因組。
“另15% 很難通過鴯鶓的基因組恢復。”Novak 說，“要將微小的片斷拼接成完整的基因組非常困難。”普林斯頓大學博士後Charlie Feigin 也表示了相同的看法：“你可以從近親物種 上尋找線索，但這不能保證能獲得完整且正確的滅絕物種基因組。”
圖丨George Church與“猛獁象”對望
鑑於此，儘管科學家將組裝後的滅絕物種基因組注入活體物種的卵子後，能重現這種滅絕物種，但是它可能不會是原始物種的完美復製品。 舉個例子，與原始侯鴿相比，這樣得到的侯鴿可能以相同食物為食，但有著不同的生殖和社會行為。
而且， 在鳥類卵子中實現基因組導入其實比在哺乳動物中更困難 。 眾所周知，哺乳動物的基因可以通過克隆技術重組到哺乳動物卵細胞中，這也就是最初轟動一時的“多利羊技術”。
“但至少目前為止，這在野生鳥類中並不適用。”Brand 說。 唯一一個變通方法是將基因組轉化導入到能分化成卵子或精子的胚胎細胞中，這種方法最近在家雞中取得成功。
事實上，重組絕跡基因組在這個領域並不罕見。 根據 Novak：“正式報導已有四五種絕跡基因組重組研究，但實際上正在進行絕跡基因組重組的研究數量可能是發表數量的四倍。”
其中，接近實現基因組重組的物種包括猛獁象，侯鴿和兩種已滅絕的古人類，尼安德特人和丹尼索瓦人。 另外，在還處於“基因組石器時代”的 1984 年，就實現了斑驢的 DNA 測序，這是第一個實現 DNA 測序的絕跡物種，但它不符合現代標準。
圖 | 尼安德特人
圖 | 丹尼索瓦人
除此之外，科學家們也接近重組了渡渡鳥和大海雀的基因組。 渡渡鳥，是僅產於印度洋毛里求斯島上一種不會飛的鳥，在 17 世紀末期滅絕；大海雀，產於北大西洋，在 19 世紀中期滅絕。 另外，上個月，澳大利亞的研究人員揭開了塔斯馬尼亞虎的基因組，該物種在 1936 年滅絕。
圖 | 渡渡鳥模型
然而，還有一些科學家不支持復活這些滅絕物種，因為物競天擇，人為重現的物種在激烈的競爭中可能也不會繼續倖存下去。 另外，一些反對者則認為，科學家應該更加關注正遭受滅絕威脅的新物種。
昆士蘭大學的科學家 Hugh Possingham 在一份聲明中表示：“ 如果我們確保它不會減少現有的資源，那麼 De-extinction 的概念可能有助於新科學領域的誕生並有利於環境保護。 ”
“ 但是，把重點放在目前亟需幫助的物種上才是最好的 。 ”他補充說。
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參考：
https://www.biorxiv.org/content/early/2018/02/11/262816
https://www.statnews.com/2018/02/27/moa-extinct-bird-genome/
