2024年5月15日，中国地质大学（武汉）生物地质与环境地质国家重点实验室赖旭龙教授、盛桂莲教授领导的古DNA团队联合中国国家博物馆、丹麦哥本哈根大学等研究机构的科研人员在Cell Press细胞出版社旗下权威学术期刊《当代生物学》（Current Biology）上发表在线论文《诺氏驼古基因组研究揭示旧大陆骆驼复杂的演化历史》（“Camelus knoblochi genome reveals the complex evolutionary history of Old-World camels”）。该项研究首次对骆真驼属（Camelus）中体型最大的成员——已绝灭绝的诺氏驼的化石材料开展古基因组研究。科研人员运用骆真驼属动物灭绝种与现生种的遗传学数据，结合形态学、年代学、稳定同位素数据进行跨学科分析，研究发现欧亚大陆双峰骆驼不同物种在地质历史时期存在广泛的基因流动，其演化历史比学界已有认知更为复杂。
骆驼对干旱恶劣气候环境有很强的耐受性，骆驼被誉为“沙漠之舟”，是学界探究生物环境适应性的理想物种。骆驼也曾是“丝绸之路”的象征与符号，极大地促进了古代东西方的经贸和文化交流，其演化历史一直备受关注。
早更新世晚期（距今约80万年）以来，欧亚及非洲大陆的骆驼以4种真驼为代表：现生的单峰驼Camelus dromedarius、家双峰驼C. bactrianus、野双峰驼C. ferus和一种已灭绝的双峰骆驼——诺氏驼C. knoblochi（图1）。
目前，单峰驼主要分布于阿拉伯半岛、印度和北非等低纬度干热地区，野外种群已经灭绝。家双峰驼主要分布在中亚、东亚的中高纬度干旱地区，有悠久的饲养历史。野双峰驼属极度濒危物种，仅栖息于我国阿尔金山北麓、塔克拉玛干沙漠东部、罗布泊北部戈壁地区以及中蒙边境的戈壁沙漠这4个保护区内。根据化石记录，绝灭绝种诺氏驼生存的时代为中-晚更新世（距今约50~1万年）。它们在中更新世时期，诺氏驼主要分布于东欧，晚更新世时其广布于乌拉尔山至中国东北的广大地区。一般认为，上述3种双峰驼骆的亲缘关系较近，学界也对此上述骆驼属动物开展了大量研究工作，一般认为首先分歧产生单峰驼，3种双峰驼骆（图1）亲缘关系相对较近。基于形态学分析，曾有学者提出灭绝种诺氏驼是现生双峰驼的祖先，但截止目前人们对现生双峰骆驼详尽的演化历史、现生种与灭绝诺氏驼之间确切的演化关系，以及诺氏驼灭绝的驱动机制等问题的认识仍比较模糊。
↑ 图1 灭绝种诺氏驼复原图（中复原图）与2种现生种野双峰骆驼（左）和家双峰驼（右）（陈瑜（菊石君）绘）
曾有学者认为已灭绝的诺氏驼是现生双峰驼的祖先。对此，本该项研究获取了我国东北地区7个晚更新世诺氏驼化石材料的完整线粒体基因组及部分核基因组，利用诺氏驼的古基因组与欧亚及非洲大陆现生真驼骆驼的同源分子数据进行对比分析，研究发现灭绝种诺氏驼在线粒体基因组系统树上未形成单系，而是落在野双峰驼分支内，该混杂分支与家双峰驼互为姊妹群（图2B）；但在核DNA主成分分析中，诺氏驼与野双峰驼可明显区分（图2C）。相对于家双峰驼，该本研究在分子水平上证实得到令人意外的发现，即：相对于家双峰驼，诺氏驼与野双峰驼的亲缘关系更近。
↑ 图2. 样品及采样地点（A）、线粒体贝叶斯系统发育树（B）及核DNA主成分分析（C）
研究采用D-统计对诺氏驼与现生双峰骆驼的祖先种群可能存在的基因流动进行分析，研究结果不仅揭示了野双峰驼和家双峰驼之间存在有广泛的基因流动，还表明显示诺氏驼与野双峰驼之间的基因流动显著多于其与所研究的家双峰驼祖先种群的杂交（图3）。综上，该本研究揭示证实：在骆驼真驼属动物的进化史上，3种双峰骆驼不同种之间存在广泛杂交，种间杂交并非现代种群所独有。
↑ 图3. D-统计分析
为深入理解认识前述诺氏驼与野双峰驼线粒体-核DNA聚类结果的不一致性，并厘清已灭绝诺氏驼与2三种现生双峰骆驼的谱系演化关系，该本研究还进行了滑窗系统发育分析。结果显示，不同拓扑结构的支持频率较为相近 (图4)，这可能是由于3三种双峰骆驼共存时广泛存在的基因流动模糊了不同其谱系间演化关系信号。由此，该研究认为，诺氏驼与家双峰驼、野双峰驼之间的演化关系不能模式化为简单的分叉树，研究推测其应为网状结构。同时，该研究还表明可见，若仅利用限于对现生双峰骆驼的基因组数据的研究，会低估欧亚大陆骆驼演化历史的复杂性，灭绝种诺氏驼的古DNA对准确揭示该种群自身演化以及系统认识其现生近缘物种真驼属动物的分子演化历史均具有非常重要的意义。
↑ 图4. 滑窗系统发育分析
诺氏驼在晚更新世末期迅速灭绝，其与现生双峰骆驼在演化过程中的存亡差异很可能反映了不同生物对第四纪气候环境变化和人类活动的不同响应模式。相比于现生的家双峰驼和野双峰驼，诺氏驼的核苷酸多样性更低，这可能反映了在深海氧同位素3阶段（MIS 3）期间诺氏驼的种群就已发生了收缩。另外，所分析诺氏驼样品的碳同位素值（δ13C）变化较小，即：随着时间推移其食性变化不大。该研究推测，较单一的饮食习惯可能是诺氏驼在MIS 3期间种群数量开始下降的驱动因素，而随后到来的末次盛冰期（LGM）严酷的气候环境则成为压垮诺氏驼的最后一根稻草。
该项本研究工作对认识骆驼真驼属动物的演化史展示了令人惊喜的研究成果，但受限于研究样品的数量及核基因组测序深度的限制，骆驼真驼属动物的演化尚有很多待解谜团尚未解开。在今后的工作中进一步获取不同时-空分布的诺氏驼化石材料的古基因组及同位素数据，特别是获取其高质量高覆盖深度的核基因组，不仅使揭示诺氏驼详尽的分子演化历史成为可能，同时将为重建3种双峰骆驼精确的谱系演化关系、帮助绘制现生双峰骆驼的高分辨率演化图谱以及深入解析诺氏驼的环境适应性遗传变异机制及其灭绝过程等提供关键证据。
该论本文的通讯作者为中国地质大学（武汉）袁俊霞副教授、盛桂莲教授及哥本哈根大学Michael V. Westbury博士，第一作者为中国地质大学（武汉）袁俊霞副教授，博士生胡家铭及中国国家博物馆刘文晖副研究馆员。该本项研究得到国家自然科学基金资助，研究样品由大庆博物馆、肇源博物馆及中国地质大学逸夫博物馆友情提供。
论文DOI：https://doi.org/10.1016/j.cub.2024.04.050
来源：化石网
作者：袁俊霞（中国地质大学（武汉））
编辑：诸鹏飞
审核：盛捷