恐龙的DNA是什么样子的?
这是我和我在肯特大学的团队研究了一段时间的问题。为了解开这个表面上超过6600万年的谜团，我们一直在比较恐龙后代的基因组，比如鸟类和海龟，以弄清楚我们最喜欢的恐龙物种，比如迅猛龙或暴龙的整体基因组结构——也就是染色体——可能是如何出现的。
我们从鸟类和海龟可能共有的祖先的基因组结构开始，然后追踪了从“恐龙王朝”到现在的进化过程中爬行动物的染色体变化。我们发现的最惊人的事情是，尽管一些基因的位置在每条染色体中都被打乱了，但没有基因跳跃的迹象之间的染色体。比方说，1号染色体上的一个基因之后不会跳到12号染色体上。
恐龙家谱
但在我们进一步研究这个问题之前，让我们考虑一下“恐龙”是什么意思。这种标志性的动物群大约在2.4亿年前首次出现在地球上。在接下来的一亿七千万年里，这些生物统治着地球。像我们这样的哺乳动物确实存在，但数量很少，而且大多数都是非常小的夜行动物，可能是因为任何更大的东西都会很快成为恐龙的午餐。
恐龙非常成功，它们成功地避开了在它们统治时期发生的一系列重大灭绝事件。也就是说，直到6600万年前，一颗直径10-15公里的城市大小的小行星碎片撞击地球，造成了灾难性的气候变化，几乎所有人都被消灭了。只有它们较小的亲戚——鸟类——和更古老的物种，如鳄鱼，才能讲述它们的基因故事。
除了鸟类，蜥蜴和乌龟也与恐龙有密切的关系，它们分别在2.75亿年前和2.55亿年前有一个共同的祖先。然而，正是恐龙的血统直接导致了现代鸟类。事实上，虽然人们普遍认为恐龙已经灭绝了，但事实是它们还活着，它们的后代鸟类....也一样也就是说，普通的鸽子、鹦鹉、鸵鸟或鸡实际上是一种活着的恐龙。有大量证据支持这一观点:恐龙和鸟类在产卵、羽毛/原始羽毛、孵化行为等方面都有共同的特征，而且骨骼相似，骨骼中含有气囊。但是，直到现在我们还不知道它们的基因组是否看起来也一样。
什么是基因组，什么是染色体?
基因组是生物体体内每个细胞中的全部DNA。基因组包含了所有的基因，因此包含了使生物体生长、发育和功能的遗传指令。DNA本身包含在细胞核中，在细胞核中它被分成称为染色体的盘绕块，每个染色体包含多达几千个基因。像这样包装DNA可以确保细胞在复制自身时正确地复制基因，从而使细胞分裂。值得注意的是，这种盘绕的模式实际上在每一次细胞分裂中都是相同的，并且在同一物种中个体之间保持一致。这些物种特有的染色体可以可视化为“核型”，本质上是基因组的地图。
下图显示了一个女性人类核型，有23对染色体。
从进化的角度来看，核型确实很有趣，因为每个物种的整体结构都是独一无二的。事实上，核型的数量和形状在不同物种之间可以有很大的不同，例如，一些鹿只有6条染色体，而一些老鼠有102条染色体。
鸟类的染色体是什么样的?
鸟类的基因组非常不寻常，因为几乎所有种类的鸟类都有相同的整体结构，由大约10对大染色体(称为染色体)组成大染色体)和大约30对微小的微染色体，它们彼此大小相同，无法区分，就像你在下面的图片中看到的那样。在这种情况下，这些染色体来自金丝雀。
鸟类的另一个不寻常之处在于，这些微小的染色体几乎包含了鸟类一半的基因，尽管它们只构成了基因组的四分之一。在大多数其他物种中，基因更均匀地分布在染色体上。关于为什么鸟类的染色体是这样组织的，有很多理论，一些科学家认为这种结构可能有助于飞行的高能量需求。鸟类也很不寻常，因为它们有很多不同的类型，超过1万种:有些像蜂鸟一样小，有些像鸵鸟一样大;在这两个极端之间是各种各样的不同形状和大小。拥有如此多的染色体也可能有助于产生如此巨大的物种多样性。
我们能在a中找到染色体吗恐龙化石？
不幸的是不!制备染色体的唯一方法是使用活组织或血液样本。即使可以从恐龙骨头中提取DNA，我们认为这是不可能的(至少目前是这样)，它也不会给我们提供制造染色体的合适材料。因此，目前了解恐龙基因组的唯一方法是通过观察它们最近亲属的基因组，这就是我们在研究中所做的。
那么我们发现了什么呢?
首先，通过使用计算机来比较多种鸟类和爬行动物基因组中的DNA字母序列，我们已经能够对数百万年前所有这些物种共同拥有的最后一个祖先的基因组结构做出最好的猜测。然后，根据那个祖先的基因组结构，我们能够计算出最有可能的染色体重排模式，这些模式将这个祖先引向他们的现存亲属。根据这些信息，我们可以推断出在恐龙的进化过程中基因是如何重新排列的。
我们的发现实际上非常令人惊讶:在我们考虑的物种中，染色体之间几乎没有发生变化。也就是说，整个染色体结构保持不变。同样令人惊讶的是，基因的组织方式发生的变化相对较小在染色体本身。总之，这两个结果表明，保留这种不寻常的鸟类基因组结构一定有某种优势。
海龟是如何适应的?
大约2.55亿年前，海龟和现代鸟类有共同的祖先，所以它们基因组中的任何相似之处一定也存在于这个祖先身上。事实上，海龟是少数几种与鸟类有着相似染色体的物种之一。然而，直到现在，比较它们的染色体所需的工具还不存在。在我们的研究中，我们在鸟类和海龟的染色体上添加了荧光标记，称为“DNA探针”，这样我们就可以定位这两个物种中匹配的DNA片段。我们发现了一种非同寻常的基因组稳定性——在这种情况下，我们发现了多个完整染色体保持不变的例子，不仅在所有被测试的鸟类中，而且在海龟中也是如此。下面的图片展示了在(a)一只鸡和(b)一只乌龟的基因组中这些区域之一被点亮的例子，展示了这条染色体是如何在超过2.5亿年的时间里在物种之间没有改变的。结果表明，如果这些染色体在现代鸟类和海龟中是相同的，那么它们在祖先和它们的后代中肯定是相同的，当然也包括恐龙。考虑到这也意味着这些染色体在近2.6亿年的进化过程中保持不变，保持这些微小染色体的完整一定有一些选择优势。
(a)用鸡微染色体荧光DNA探针检测鸡染色体;
(b)用鸡微染色体荧光DNA探针观察乌龟染色体
那么，如果科学家们能够识别恐龙的DNA，这是否意味着《侏罗纪公园》真的可以成真呢?
恐怕不行!从琥珀中提取蚊子的DNA，然后从这些DNA中创造出新的恐龙，这种想法非常科幻!但我们的研究结果确实揭示了鸟类和其他物种如何进化的新见解，说明它们的基因组结构的起源比我们之前认为的要古老得多。事实上，多年来科学家们一直认为这种鸟类基因组是作为一种支持飞行的机制而进化的。我们的研究结果表明并非如此，因为飞行只出现在大约1.3亿年前。
总之，我们的研究结果表明，恐龙的基因组结构与现代鸟类非常相似，具有少数大染色体和多个富含基因的小染色体的总体模式。基因组在如此长时间内的稳定性表明，这种独特的基因组是支撑现存和灭绝恐龙的非凡多样性和成功的关键特征之一。
出版的细节:
对双足类共同祖先基因组组织的重建使得鸟类和非鸟类恐龙的染色体进化得以追踪
doi: 10.1038 / s41467 - 018 - 04267 - 9
作者:丽贝卡·e·奥康纳1迈克尔·n·罗曼诺夫1卢卡斯·g·卡齐姆1保罗·m·巴雷特2玛尔塔·法雷尔3.乔安娜·达马斯3.马尔科姆·弗格森-史密斯4Nicole Valenzuela5丹尼斯·m·拉金3.*，达伦k格里芬1＊.
1肯特大学生物科学学院，坎特伯雷，肯特ct57nj，英国
2英国伦敦克伦威尔路，SW7 5BD，自然历史博物馆地球科学部
3.伦敦大学皇家兽医学院比较生物医学科学系，英国伦敦nw10tu
4剑桥大学动物医学系，英国剑桥cb30es
5爱荷华州立大学生态、进化与有机生物系，美国爱荷华50011
*联合最后作者
贝基·奥康纳(Becky O'connor)在裸体科学家最近为遗传学学会举办的研讨会上与他们见面后同意写这篇文章，该研讨会旨在金宝搏app最新下载帮助科学家提高科学传播技能。
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