我们使用了36万年前的耳骨对洞熊基因组进行了测序

洞熊是在欧洲和北亚漫游的巨型植物食熊，大约在2.5万年前就灭绝了。他们在冬天在山洞里冬眠。这是一个危险的时刻，因为那些在夏季未能充分发胖的人将无法冬眠。

结果，欧洲和北亚的许多洞穴现在都充满了熊熊的骨头，每只熊可能包含成千上万的人。在我们的新研究中，我们分析了高加索山脉一个山洞中的骨头。

我们的小组从一个拥有360,000年历史的洞熊中恢复了基因组，揭示了这些动物进化史的新细节，并几乎重写了它们的整个进化树。除了可以告诉我们有关洞穴熊进化的信息外，这项发现对于古代DNA领域也是一个突破。

2021年2月是进行古基因组学研究的重要月份，即对已灭绝物种的基因组进行分析。两项研究相隔一天就发表了，其中一项报告了来自多年冻土环境的最古老的基因组-有120万年历史的猛mm牙-而我们的最新研究报告了非多年冻土环境中的最古老的基因组。

死亡后，动物死亡的环境会强烈影响其组织降解的速度。我们每天在厨房中看到这种情况–在炎热的天气中遗留下来的食物会很快变质，但是储存在冰箱中的相同食物可能会持续数月。 DNA也不例外，它在接近永久冻土的理想条件下可以存活很长时间。但是，储存条件越温暖（例如在非多年冻土环境中），更快的DNA就会降解到无法再识别为原始产品的状态。

即使DNA一直存活下来，古生物学组回收的一个主要挑战是，古代样品通常也受到来自外部环境的微生物DNA的高度污染，例如以腐烂的尸体为食或生活在周围土壤中的细菌。这些通常超过了样本DNA的数量，这使基因组测序的成本增加了多达100倍。这使得古代样本的大多数古基因组测序简直太昂贵而无法承担。

但是，最近在古代DNA领域的发现改变了事情。哺乳动物骨骼中的一块特殊的骨头-含有内耳的头骨的一部分-骨头，似乎由于其极高的密度而更能抵抗来自外部环境的污染。在我们以前的研究中，我们使用石骨对年轻得多的灭绝的熊熊的基因组进行测序。其中一些含有多达70％的洞熊DNA。

我们想知道这是否是恢复甚至更老的古基因组学的方法。因此，我们在一个称为中更新世的地质时期内，选择了一个可追溯到360,000年前的洞穴熊岩骨，并将其带入了实验室。

我们在实验室中的第一次尝试实际上是一次彻底的失败。我们从岩骨中提取了DNA，并产生了大约一百万个DNA序列。百万个中只有74个提供了与北极熊基因组的匹配，我们以此为参考来识别和组装洞穴熊DNA的短序列。

吓坏了，我们再次尝试了，这次我们中奖了。数以万计的序列（约占数据的3.6％）显示出与北极熊的匹配。我们总共生产了约21亿个碱基对-这只古老的熊熊基因组的各个遗传密码。

古生物学和古老的DNA研究发现了不同的成群的洞穴熊，有些甚至被视为不同的物种。这些遗传证据大部分来自母体遗传的线粒体DNA，它仅占动物总DNA的一小部分。

我们从其整个核基因组中构建了一种新的洞穴熊进化家族树，并将其与由线粒体DNA生成的同一棵树进行了比较。令我们惊讶的是，这两棵树几乎完全不同。在一次分析中，我们从本质上重写了对洞熊演变的理解。事实证明，仅基于母系的洞穴熊之间的进化关系与查看它们的整个DNA时就大不相同。

我们的研究结果表明，洞穴熊的三个主要谱系在大约一百万年前就开始分化，与此同时，它们的近亲，北极熊和棕熊彼此分离。有趣的是，这是冰川周期（“冰河时代”）变得更长和更强烈的时期，我们认为这可能是驱动这些熊进化的一个因素。

尽管仅基于单个样本，但我们的研究代表了一项巨大的技术成就。这表明岩骨具有令人兴奋的潜力，可以进一步推翻所有环境和生态系统中古基因组恢复的时间限制。

岩骨存在于所有哺乳动物中，因此对于哺乳动物的生物多样性尤为重要。 对于非哺乳动物遗骸，我们尚未找到用于古基因组分析的最佳元素-但基于我们的结果，我们知道我们应该寻找骨骼中最稠密的部分。 高温和潮湿的热带环境为DNA的保存提供了最具挑战性的条件，通常被认为是生物多样性的热点-世界上大多数生物多样性都在这里找到。 这些区域可能代表了古基因组研究的下一个前沿领域，以探索隐藏在骨骼中的过去未知的遗传生物多样性。