古粪便“档案”，还原猛犸象时代的北极中国科学报

科学家在加拿大永久冻土中保存下来的松鼠粪便中，发现含有约70万年前的猛犸象、马、美洲猎豹和西伯利亚野牛的古DNA，有助于重建一个生机勃勃的多样古代生态系统，并为特定物种的演化历史提供新的见解。相关研究6月2日发表于《自然—通讯》。

一幅更新世育空地区的艺术复原图，展现了北极地松鼠在猛犸象草原生态系统中啃食肉类和采食植物的情景。从其保存完好的洞穴和粪便中提取的古DNA揭示了这一复杂的食物网——其中甚至连小型啮齿动物也以猛犸象等大型动物为食。图片来自：哈凯研究所/Mercedes Minck

粪便化石能保存多种古代动物的生物分子，包括来自排泄个体自身和周围环境中的古DNA。但相比骨骼或沉积物化石，粪化石更容易降解，因此在古DNA分析中较不常用。在北极地区，地松鼠洞穴可在数千年时间里保持冰冻和密封，从而保存粪化石中的遗传物质。

2022年8月，研究人员在育空地区汉克溪的永久冻土层中记录了一组保存完好的古代北极地松鼠粪球。这些粪化石中含有保存极其完好的古代DNA，为了解冰河时期的生态系统提供了难得的窗口。图片来自：Scott Cocker

加拿大哈凯研究所的Tyler Murchie和同事分析了来自加拿大育空河中部地区的13个北极地松鼠的粪化石标本。这项研究得到了特朗代克·韦钦第一民族的许可，研究在该民族传统领地中进行。研究者识别出了多种来自植物、微生物、昆虫和动物的DNA，包括大型动物如真猛犸象、马、美洲猎豹和西伯利亚野牛，以及200种不同的植物类群。研究者得以从粪化石样本中重建了18个线粒体基因组，来源包括12个地松鼠、一只野兔、2头野牛和3匹马。从地松鼠样本中恢复的基因组，指向了北极地松鼠丰富的多样性，包括一个可追溯至约70万年前的潜在新谱系。

2022年8月，时为阿尔伯塔大学博士生的Alejandro Alvarez在育空地区汉克溪采集永久冻土岩芯。橙色旗帜标记着古代松鼠洞穴，绿色旗帜则标记着食物堆积地——那里曾是数代松鼠储存食物和排泄的场所。岩芯样本揭示了来自久已冻结的更新世生态系统中沉积物和粪便中的DNA及同位素证据。图片来自：Scott Cocker

研究者指出，部分DNA可能是后来附着在粪化石表面的，而且参考数据库不完整也可能影响物种鉴定。他们承认，需要进一步研究来完善和扩展这些技术。尽管如此，这些结果表明，永久冻土中的粪化石可以被有效利用于构建高分辨率的史前环境图景，并与来自沉积物和骨骼的古DNA研究形成互补。