德国舍宁根中更新世马线粒体基因组揭示欧亚大陆马类进化新篇章

本研究针对中更新世开放遗址古DNA提取难题，利用岩骨采样与损伤感知重建技术，成功获得德国舍宁根遗址（~300 ka）两例莫斯巴赫马（Equus mosbachensis）线粒体基因组。系统发育分析揭示这两个样本构成现代马mtDNA谱系（Clade A）的基部分支，将谱系分化时间推至~570 ka，为马属进化史提供了关键分子证据。

　　

在探索地球生命演化的长河中，更新世（Pleistocene）是一个充满变革的时期——从260万年前至1.17万年前，极端气候波动、巨型动物群灭绝事件以及古人类兴起与扩散共同塑造了这一时期的面貌。尽管古基因组学近年来取得突破性进展，但对早、中更新世生物样本的遗传信息解读仍面临巨大挑战。由于DNA降解严重、片段极短、化学修饰率高以及参考基因组遗传距离远等问题，中更新世样本的基因组重建工作尤为困难。

德国舍宁根（Sch?ningen）遗址作为中更新世考古学的关键地点，以其保存完好的木质长矛和大量马骨遗存闻名于世，为研究古人类与马类的互动关系提供了直接证据。尽管该遗址出土了超过2万件大型哺乳动物化石，且稳定同位素分析已揭示部分古生态信息，但从未成功获取过古DNA数据。这一空白限制了我们从分子层面理解马属物种的演化历史以及早期人类与马类的生态关系。

为此，由Arianna Weingarten和Meret H?usler共同领导的研究团队对舍宁根遗址出土的两例莫斯巴赫马（Equus mosbachensis）岩骨样本进行古DNA分析，成功测序获得近乎完整的线粒体基因组，将开放遗址中古DNA保存的时间极限推进至约30万年前。该研究成果近期发表于《Nature Ecology & Evolution》，题为“Mitochondrial genomes of Middle Pleistocene horses from the open-air site complex of Sch?ningen”。

研究人员采用了一系列前沿技术方法：首先通过显微CT扫描精确定位岩骨内耳区，获取高质量骨粉；利用单链文库构建与非尿嘧啶DNA糖基化酶（non-UDG）处理策略最大限度保留损伤信号；通过马线粒体DNA探针进行靶向富集捕获；并开发了三种损伤感知的计算重建方法——极化损伤沉默、无极化损伤沉默和无极化损伤加权算法，以应对高度降解DNA的修复挑战。此外，研究还整合了最大似然法系统发育分析、贝叶斯分子定年（BEAST v2.6.6）以及最小二乘定年（LSD2）等多种计算方法。

研究结果显示，两例舍宁格马（SCEN001和SCEN002）的线粒体基因组覆盖度分别达到94%和82%，平均片段长度仅34–37 bp，5′端C→T替换率高达51–73%，表现出典型深时古DNA特征。性别鉴定显示SCEN001为雄性，SCEN002为雌性。

系统发育分析表明，舍宁根样本位于马线粒体Clade A的基部分支，且两者分属不同深部分支。SCEN001的分化时间早于SCEN002，支持率均较高（bootstrap value >80%）。这一发现揭示了Clade A内部一次此前未知的分化事件，其发生时间约在57万年前。

分子定年结果表明，所有现生马及已灭绝Clade A谱系的最近共祖时间约在23万年前（95% HPD: 31.5–16.1万年），而Clade A与Clade B（北美谱系）的分化时间约在80万年前（95% HPD: 95.7–67.9万年）。舍宁根样本与现生马谱系的分化时间约为57万年（95% HPD: 75.2–38.0万年），为此谱系的起源时间提供了上限依据。

值得注意的是，舍宁根遗址的特殊埋藏环境——长期水浸与缺氧沉积——为开放遗址中DNA的保存提供了罕见理想条件。这一发现突破了以往认为只有永久冻土和洞穴环境才能保存深时DNA的认知局限。

研究结论与讨论部分指出，舍宁根马的线粒体基因组数据不仅将开放遗址中古DNA保存的记录推至30万年前，更重要的是揭示了马属进化史上一个关键的分化事件。这一发现为莫斯巴赫马（E. mosbachensis）的物种鉴定提供了分子支持，并证实其为第一个真正出现在欧洲的中更新世卡巴林马（caballoid horse）。尽管mtDNA无法反映基因流或杂交事件，但系统发育位置表明舍宁根马与现代马的共祖时间明显晚于其他已灭绝马谱系的分化时间。

该研究通过开发新型计算重建方法（特别是无极化损伤加权算法），实现了对高度降解古DNA的高精度重建，为深时古基因组学研究设立了新标准。舍宁根样本的成功测序表明，在适宜的条件下，开放遗址同样能够保存古老的生物分子信息，这极大拓展了古DNA研究的时空范围。

从更广阔的视角看，这项研究为理解更新世马属动物的迁移与分化提供了关键证据。研究支持单次主要扩散事件假说，即卡巴林马在约90-80万年前通过白令陆桥从北美迁入欧亚大陆，随后Clade A向西扩散并最终成为现代马的直系祖先。舍宁根马基因组的获得，为重构马属宏观进化历史提供了珍贵的时间锚点，连接了北美与欧亚大陆之间的时空断层。

随着古DNA技术的不断进步，对深时古基因组的探索将持续为我们揭开灭绝物种的演化历程以及它们与早期人类相互作用的复杂历史。舍宁根研究正是这一领域向前迈出的重要一步，它展示了如何通过跨学科合作将考古学、古生物学和古基因组学紧密结合，共同揭示生命历史的深层奥秘。