← 返回三刊速览 本月归档 Science · 2026-09-10 · 深度解读

SCIENCE · DEEP READ · 2026-09-10

古基因组学和栖息地模型揭示了羊毛犀牛的温带欧亚起源

Paleogenomics and habitat modeling reveal temperate Eurasian origins of woolly rhinoceroses

第一作者 Xiao-Le Lei 末位/资深 He Yu 共 25 位作者 DOI 10.1126/science.aed0430
一句话结论
欧亚大陆 29 例线粒体与 14 例核基因组,加上 50 万年生境模拟,说明披毛犀的母系多样性起源于温带欧亚,而非西伯利亚高纬地区。
记住这一句:至少在披毛犀身上,耐寒巨兽的演化策源地在温带;直到末次冰盛期,基因交流才被推向高纬度。
摘要图
图为文章官方摘要图(期刊网页 key image)

科学问题

学界长期套用猛犸象的模式,认为披毛犀的多样性中心位于高纬西伯利亚。但此前可用的核基因组只有 3 例,且全部来自东北西伯利亚,欧亚中纬度这一大片分布区在遗传上几乎是空白。本研究要厘清:披毛犀的谱系分化究竟发生在哪里,冰期与间冰期的反复旋回又如何塑造了它的种群结构与最终灭绝。

背景与领域脉络

披毛犀是晚更新世北方动物群的旗舰物种,形态学推测其祖先在青藏高原演化出耐寒特征,约 45 万年前进入欧洲。可用的核基因组却几乎全部来自极北的最后幸存个体,这种采样偏倚让人误以为高纬度主导了整个谱系的分化。古 DNA 捕获技术的进步与长序列古气候模拟的成熟,使跨越欧亚、跨越数十万年的系统追溯成为可能。

方法与技术路线

团队筛查欧亚大陆 183 件披毛犀化石,在 NovaSeq(Illumina)与 MGISEQ(华大)两个平台重建基因组。最终获得 29 例线粒体基因组(覆盖度 8.2×–468.7×)与 14 例核基因组(0.5×–14.1×),样本来自东亚、阿尔泰与欧洲。定年综合直接碳十四、铀系、地层与分子钟:1 例属 MIS 7、2 例 MIS 6、12 例 MIS 5、9 例 MIS 3、5 例 MIS 2。研究还用马氏距离生境模型,以 1 kyr 时间分辨率与 0.5° 网格重建过去 50 万年的适宜生境,并与已发表的披毛犀、现生苏门答腊犀和已灭绝的默氏犀基因组做群体遗传学比较。

主要结果

母系分化始于 46 万年前的漫长过渡期

线粒体基因组的系统发育树把欧亚披毛犀的最近共同祖先定在约 46.4 万年前(95% 最高后验密度区间 52.7 万–40.9 万年前)。四个单倍群在 46.4 万–41.7 万年前迅速分化,正好落在 MIS 12 到 MIS 11 的漫长冰期—间冰期过渡阶段。

温带东亚是晚更新世谱系的基部

常染色体分析显示,来自中国东北青冈、约 17 万年前的个体处在整个核基因组系统树的最基部,说明晚更新世谱系有一个可能源头在东亚。约 10.2 万年前阿尔泰丹尼索瓦洞的个体,则是此后欧洲、阿尔泰与西伯利亚群体的直系祖先。东西欧亚群体的分化不晚于约 10.2 万年前,对应 MIS 5。

末次冰盛期把基因流从高纬推向中纬

f4 统计与混合图模型显示,距今 2.65 万–1.9 万年的末次冰盛期显著促进了跨区基因交流。东欧该时期的个体与阿尔泰同期样本高度亲和,并接收到来自东北西伯利亚高纬群体的基因流(|Z|>3)。这意味着高纬度并非多样化中心,反而在冰期向中纬度输送了基因。

与默氏犀长期存在跨物种基因渗透

外群 f4 检验检出已灭绝的同属物种默氏犀对披毛犀存在明确基因渗透:东北西伯利亚与东亚的晚更新世个体都与默氏犀共享衍生等位基因(|Z|>3)。个体水平的时序分析进一步显示,东亚群体对默氏犀的遗传亲和力从 MIS 5 起持续变化,说明这种渗透不是一次性事件。

创新点

此前的权威工作因为缺少中低纬度样本,把西伯利亚当作披毛犀多样性的唯一中心。本研究首次获得跨越约 17 万年的温带中纬度核基因组,把“高纬度演化范式”换成以东亚为基部的图景。方法上,它把 50 万年高分辨率的古气候—生物群系模拟与深时古基因组混合模型绑定,用来解释冰期旋回如何驱动种群破碎与基因渗入。

意义与影响

研究把欧亚温带走廊与阿尔泰山推到了关键避难所的位置,改变了第四纪巨兽适应性演化的传统叙事,也为理解极端气候波动如何驱动大型哺乳动物成种、杂交与灭绝提供了新框架。它建立的“古环境生境模拟+低覆盖度古基因组”联合分析管线,可用于评估今天受威胁的大型动物在气候剧变下的适应潜力。

局限与待验证

温带地区骨胶原保存条件差,早于 20 万年前的中更新世关键分化节点仍缺少核基因组,MIS 11 的深层分化主要依靠高覆盖度线粒体分子钟推断。部分核基因组仅 0.5× 左右,尚不足以在全基因组层面精细定位默氏犀渗入位点的功能。

对我们的相关性

做演化基因组与群体遗传学的人可以参考它整合极度降解、跨测序平台低覆盖度古核基因组的流程。做生境模拟与生态模型的人可以借鉴“马氏距离适宜度指数+时序环境栅格”的框架,用于量化异域成种与基因交流的边界,也可迁移到现代物种在未来增暖情境下的迁移预测。

术语速查

海洋同位素阶段(marine isotope stage, MIS)依据深海沉积物有孔虫氧同位素比值划分的全球古气候分期,偶数阶段偏冷、奇数阶段偏暖。
f4 统计(four-taxon symmetry test)利用四群体等位基因频率协方差检验基因流的统计方法,用于严格判定两个群体之间是否存在外源渗入。
基因渗透(introgression)两个分化谱系或物种杂交后,外源遗传物质通过反复回交永久融入受体基因库的演化过程。
纯合片段(runs of homozygosity, ROH)基因组上连续成片的纯合位点区域,其长度与数量常用于量化种群历史上的近交与瓶颈。
马氏距离生境模型(Mahalanobis distance habitat model)考虑多维环境变量协方差的生态位建模方法,用温度、降水等参数评估不同时期的栖息地适宜度。
最高后验密度区间(highest posterior density, HPD)贝叶斯分析中给出参数估计不确定性的区间,表示参数落入该区间的概率达到设定水平。
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