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考拉完整基因組終獲破譯,科學家揭開毒性桉樹葉飲食謎題

7月2日,頂級學術期刊《自然》發表文章,科學家已經對考拉的基因組進行了完整測序。這意味著人們將能夠充分地解讀這種偶像級有袋哺乳動物的DNA序列。

長久以來,研究人員對於考拉(即樹袋熊)為何能夠以有毒的桉樹葉為食並安然無恙一直無法理解。現在,他們終於可以追蹤考拉種群的歷史,分析它們是如何做出這種選擇,並讓身體保持健康。

這不僅對科學非常重要,對於澳洲的經濟發展也很有意義。

眾所周知,考拉受到全世界人民的喜愛。它們有著嬰兒臉,光溜溜的鼻子,以及蓬鬆的耳朵。每年有數百萬遊客來排隊等候,只為觀看這些寶貝在桉樹上打盹。據悉,考拉所具有的旅遊價值約合23億美元。

然而,它們在澳大利亞某些地區已被列為脆弱物種。其面臨的困境包括棲息地破壞、疾病和其他壓力因素。

考拉基因組

通過新的讀長測序技術,科學家取得了完整而「裝配」良好的考拉基因組。

就數據的質量而言,它與人類基因組一樣「優秀」,具有跨度巨大(幾乎是染色體尺度)的連續序列。

考拉的基因組比人類的基因組略大,它們擁有約35億個DNA鹼基對,這大約相當於一米長度的DNA。

我們都知道,動物的染色體一組來自母親,一組來自父親。在考拉的每個細胞中,具有16條龐大的染色體。這同其他有袋類動物類似。

作為一個種群,它們的染色體數目相對較少,而基因組排列非常穩定。

相比之下,胎盤哺乳動物染色體的數量和排列則更為多樣化:比如人類有46條染色體,而犀牛有82條染色體。


垃圾DNA的來歷

對考拉基因組的研究有助於人們了解哺乳動物基因組如何進化以及如何發揮作用。

動物基因組中的相當大部分(有時甚至超過50%)看起來都是所謂的「垃圾DNA」——這多是重複的DNA序列,其中很多來自古老的病毒感染。

獨一無二的考拉似乎也曾遭受過這樣的病毒入侵。在不同的考拉種群中,一種來自逆轉錄病毒的DNA序列以不同的數量和位點存在著,這揭示了其近期的發展和擴散。

當然,這也能夠幫助我們進一步了解人類和其他哺乳動物的基因組是如何被各種垃圾DNA所淹沒的。

同人類基因組類似,考拉基因組包含大約26000個基因。

這些都可以說是掌控蛋白質的DNA片段或基因編碼。實際上,大多數的考拉基因也存在於人類和其他哺乳動物中,這些基因在不同的動物中從事著相同的基本工作。

那麼,如果這些基因組如此相似,為什麼對不同物種進行測序依然很重要呢?正是那些特殊的基因得以讓考拉適應其獨特的生活方式,這能夠為我們提供很有價值的信息。


以桉樹葉為生

桉樹葉是一種低卡路里的食物,同時含有毒素。然而它們無疑是考拉的最愛。一直以來,這種獨特的飲食方式可謂一個科學謎題。

現在,基因組提供了答案。考拉的體內引入了一系列基因,這些基因編碼最終會形成一些酶,它們屬於細胞色素P450家族成員,能夠分解桉樹葉的毒素。

正是這些額外基因的進化,使得考拉能夠超越其競爭對手,即便它們需要以大部分時間睡覺為代價(這似乎未嘗不是好事)。

基因組無疑為考拉挑剔的飲食習慣提供了線索。獨特的基因副本使它們能夠品嘗並規避苦味,甚至還可以「聞」出水分,進而選擇多汁的樹葉。

新的DNA數據也為研究人員提供了考拉發育的信息。像其他有袋動物一樣,它們出生時身體如同豌豆一般大小,隨後會在袋中完成主要的生長和分化。

發育中的考拉依賴於奶水的滋養,其複雜的成分會隨著發育階段的變化而變化,而且含有強大的抗菌成分,保護幼小的考拉免受疾病侵害。


考拉的未來

通過分析基因組,人們將可能更好地採取全面而科學的方法保護考拉。

從DNA信息中,研究人員已經了解到,考拉種群在大約10萬年前達到鼎盛時期,然後在3-4萬年前又急劇跌落到僅有10%的數量。就在那個時期,巨型動物基本滅絕了。

在歐洲人定居澳洲以前,考拉的數量較為穩定。而在歐洲人來到這片土地後,它們的種群數量再次暴跌,下降至目前的30萬隻左右。

利用考拉基因組的信息,科學家現在可以監測存活群體中的遺傳多樣性,並使各群體之間的基因流動最大化。保持遺傳多樣性非常重要,因為不同的動物可以對環境威脅和疾病產生不同的反應。

科學的進步不僅要為人類服務,更要讓整個地球受益。希望澳大利亞的考拉,如同我們的國寶大熊貓一樣,能夠在未來的時代順利健康地生存下去。


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