【基因科學】DNA的半衰期是521年

■雖然恐龍化石中的遺傳物質已無法取得,但其存留時間比想像中久。

古遺傳學家摩頓‧艾倫多夫(Morten Allentoft)利用已滅絕的恐鳥(moa birds)骨頭計算出DNA的半衰期。圖片來源:M. MØHL

編譯│張孝耘

雖然幾乎沒有學者認為恐龍的DNA能保存至今,但也沒有人知道遺傳物質完全解體到底需要多久。不過目前一項對紐西蘭出土的化石研究已讓這個問題塵埃落定,也打破了科學家複製暴龍(Tyrannosaurus rex)的希望。

細胞死後,酶就開始分解DNA主鏈的組成物質核苷酸(nucleotides)之間的鍵結,而微生物會加快分解的速度,不過歸根究底,促成鍵結分解最主要的因素還是在於和水起反應。因此理論上來說,由於地下水幾乎無所不在,所以埋在地下的骨頭標本的DNA會以固定的速率衰解。

推斷該速率的困難在於很少能發現一大批含有DNA的化石可藉以做出有意義的比較,再加上溫度的高低、微生物侵襲的程度,和氧化作用等等變化多端的環境因素也都會影響分解速度,更加深了測定的難度。

不過,哥本哈根大學(University of Copenhagen)的摩頓‧艾倫多夫(Morten Allentoft)及澳洲柏斯莫道克大學(Murdoch University)的麥可‧邦斯(Michael Bunce at Murdoch University)帶領的古遺傳學家研究團隊卻找到了答案,並發表在十月十日的《英國皇家學會學報B》(Proceedings of the Royal Society B1)上。他們檢驗了158塊含有DNA的腿骨,這些骨頭年齡在六百到八千年之間,分屬三種稱為恐鳥(moa)的已滅絕巨型鳥類,而三個出土地點彼此相距不到五公里,其保存狀況幾乎相同,例如溫度都在攝氏13.1度。

DNA的報酬遞減法則

研究人員藉著比較標本的年齡和DNA衰解程度,計算出DNA的半衰期為521年。意即生物死後521年,其DNA主鏈中的核苷酸間的鍵結有一半會斷掉,剩下的再過521年以後又斷掉一半, 以此類推。

該研究團隊預估即使是在−5 ºC這樣理想的溫度下,骨頭經過了680萬年,其所有的鍵結最後都會完全被破壞掉。其實DNA序列大約過了150萬年的時間就已經很難讀取了,因為剩下的DNA片段太短,無法從中取得有意義的資訊。

澳洲雪梨大學的計算演化生物學家賽門‧何表示「從恐龍和凝結在琥珀中的古昆蟲取得DNA的想法歷來廣受質疑,而如今這項研究證實了其謬誤。」但是,雖然680萬年和恐龍骨頭至少六千五百萬年的高壽相比有天差地遠之別,「我們或許可打破目前約50萬年的記錄,找到更古老的DNA序列。」

雖然這份最新的報告中的計算方法十分直截了當,但仍有不少疑問。

紐西蘭但尼丁奧塔哥大學(University of Otago in Dunedin, New Zealand)的古遺傳學家麥可‧克奈普(Michael Knapp)說:「我很想知道如果在環境迴異的情況下,像是凍土或洞穴等等,這個結果是否依然成立。」

此外,研究人員認為對於恐鳥骨頭各樣本之間DNA毀損程度的差異,時間因素只占了38.6%。邦斯說:「顯然還有其他影響DNA保存的因素,像是化石出土後的保管方式、土壤的化學成分、甚至動物死亡的季節等等,都需要進一步加以審視。」
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 報導出處: DNA has a 521-year half-life 

責任編輯:Nita Hsu

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