来自小密苏里恶地的一枚马牙提供了连接北美历史时期马与英国马的首个遗传学证据

《Mammal Research》：A horse tooth from the Little Missouri Badlands provides first genetic evidence linking historic North American and British horses

　　

家马于16世纪重新进入北美，并在17世纪晚期之前从墨西哥的西班牙殖民地扩散至中部大平原。其向北部大平原扩散的路线尚不明确，而且该草原地区此前尚无历史时期马匹的遗传学研究。研究人员对发现于北达科他州小密苏里河谷的一枚马颊齿进行了分析，开展了线粒体基因组（mtDNA）测序、放射性碳测年以及牙釉质中δ¹³C和δ¹⁸O数值的序列分析。放射性碳测年表明，这匹马最有可能生活于18世纪晚期（1730–1807 cal CE）。该马的mtDNA序列归属于L单倍群（Haplogroup L），但此前未见于现代或历史时期马匹报道。此外，该序列仅与英国来源纯血马（Thoroughbred）的mtDNA单倍型聚类，这是首次报道历史时期北美马与英国马之间的关系。δ¹³C和δ¹⁸O数值的序列分析显示，这枚牙齿属于一匹以C₃植物为食的马，而C₃植物正是该地区植被的主要组成部分；其同位素特征反映出明显的冷暖季节变化，并支持该马在其生命过程中持续栖居于北部大平原。

该研究发表于《Mammal Research》，围绕北美家马在历史时期向北部大平原扩散的来源与路径问题，综合遗传学、年代学与稳定同位素证据，对一枚发现于北达科他州小密苏里恶地的马颊齿进行了跨学科解析。研究背景在于：家马在全新世早期自美洲消失后，随西班牙征服者和探险者重新进入北美。传统历史记载一般认为，马首先由墨西哥的西班牙殖民据点进入北美西部，并在17世纪至18世纪期间逐步扩散至中部及北部大平原的原住民社会。尽管这一“南方扩散路线”已获得一定历史文献与近期古DNA研究支持，但北部大平原地区历史时期马匹的直接遗传学材料仍十分稀缺，尤其缺少来自草原腹地的个体证据。与此同时，英国和法国殖民者及其贸易网络也可能构成家马传入北部大平原的另一条路径，但相关证据长期不足。因此，有必要利用可直接定年的生物遗存，对北部大平原历史时期马的遗传归属、生活年代与生态居留状态进行实证检验。

研究人员选取了西奥多·罗斯福国家公园访客中心馆藏中的一枚颊齿样本。该样本最初被误判为美洲野牛牙齿，后经线粒体DNA鉴定确认为马牙。研究的核心目标包括：检验该马是否与由南部大平原向北扩散的西班牙马相关，或是否更接近英国、法国及其他北欧来源马群；确定该牙形成和脱落所处的大致时间范围；并通过牙釉质稳定同位素序列判断其是否长期生活于北部大平原地区。研究结果表明，这枚牙所属个体最可能生活在18世纪后期，其线粒体谱系与英国起源的纯血马高度接近，而非显示出已知西班牙来源马的典型联系；同位素证据则显示该马在较长时期内以本地C₃植被为食，且未表现出迁移出北方草原生态带的迹象。该发现首次在遗传学层面将北美历史时期马与英国马谱系直接联系起来，对理解北部大平原马匹传播的多源性具有重要意义。

主要技术方法方面，研究人员对来自北达科他州小密苏里河谷地区馆藏样本的一枚马颊齿开展古DNA实验，在古DNA实验室中提取DNA、构建双索引文库并富集线粒体DNA，随后使用Illumina MiSeq平台测序；利用PALEOMIX进行序列处理，采用Bayesian系统发育分析判定其在线粒体系统树中的位置；对牙本质实施放射性碳（¹⁴C）测年并用OxCal 4.4和IntCal20曲线校正年代；对牙釉质进行连续取样，测定δ¹³C与δ¹⁸O值，以重建饮食结构和季节性生态信号。

在研究结果部分，论文依次报告了以下内容。

一、Identification of the cheek tooth
研究人员首先对样本进行了形态学识别。根据髓角和齿漏斗的位置，这枚牙被判定为右侧上颌前臼齿Pm3或Pm4，或磨牙M1或M2。其齿冠高度为73.8 mm，结合磨耗程度和齿列萌出规律，推断该牙来自3–6岁年龄段的马。由于牙釉质磨耗较轻、髓角上方牙本质尚未明显磨损，说明牙齿萌出时间较短，约已参与咬合6–12个月。结合第一磨牙M1的萌出时间和断奶矿化特征，研究人员进一步排除了该牙为M1的可能性。该部分结果为后续解释牙釉质矿化时间跨度和同位素季节记录提供了基础。

二、Mitogenome analysis
在线粒体基因组分析中，研究人员从富集文库中获得953,750条测序读段，经过质控和去重复后，利用19,728条唯一读段重建了接近完整的线粒体基因组，覆盖度约为166。DNA损伤模式显示出古DNA典型特征，包括胞嘧啶脱氨导致的C→T替换增加，以及断裂位点附近碱基组成偏移，支持该序列具有历史样本属性。系统发育分析将该样本归入L单倍群，并显示其与英国来源纯血马的多个线粒体单倍型形成强支持聚类，其中与GenBank编号KC202996的L2单倍型关系最近。论文指出，这一线粒体单倍型此前未在现代或历史时期马中报道，说明该样本既具有新的母系变异特征，又与英国纯血马谱系存在明确亲缘联系。这是全文最核心的遗传学发现。

三、Radiocarbon dating
放射性碳测年结果为190 ± 20 years BP。胶原蛋白C/N比值为3.17，δ¹⁵N值为2.9‰，提示样本保存和测年结果可靠。经校正后，样本最可能的年代范围为1730–1807 cal CE，中值为1765 cal CE；另有较低概率落在1659–1688 cal CE或1925 cal CE之后，但作者认为18世纪后期的解释更为可信。该结果表明，这匹马生活于北美政治与文化剧烈变迁时期，也正值北部大平原原住民社会与英国、法国殖民贸易网络强化的历史阶段。年代证据与纯血马输入北美的历史时间框架并不矛盾，因此为解释其英国谱系来源提供了时间上的可行性。

四、Enamel serial analysis of stable isotopes of carbon and oxygen
研究人员对牙釉质进行了14个连续样点分析。δ¹³C值介于?11.44‰至?8.46‰之间，均值为?10.02‰ ± 0.89‰，振幅2.94‰；δ¹⁸O值介于?14.38‰至?10.85‰之间，均值为?12.86‰ ± 0.89‰，振幅3.53‰。所有δ¹³C值均低于?8‰，表明该马食物来源以采用C₃光合作用途径的植物为主，这与北部大平原以C₃植被占优势的生态背景一致。研究未发现δ¹³C突然升高，因而没有证据支持冬季补饲玉米等C₄植物。δ¹⁸O曲线与δ¹³C呈反相变化，反映出温带地区冷暖季节交替背景下的饮水和气温季节性信号。根据55 mm的采样长度及马前臼齿、磨牙30–40 mm/年的矿化速率，研究人员认为该序列记录不足2年的矿化过程。在此期间，该马未表现出离开C₃主导草原生态系统的证据，支持其在北部大平原长期居留而非跨生态区迁移。该部分结果还进一步排除了该牙为M1的可能，因为未观察到与断奶期相对应的δ¹⁸O显著升高。

在讨论部分，论文将上述遗传学、年代学和同位素结果综合起来，指出该样本最可能属于一匹生活于18世纪后期、长期栖居于北部大平原并以本地C₃植物为食的马。该个体携带一个此前未见报道的新mtDNA单倍型，但其所处的大单倍群L在欧洲分布最广，并且该样本在线粒体系统树中仅与英国起源纯血马聚类。这一点使其成为历史时期北美马与特定英国马品种之间的首个直接遗传联系证据。作者同时将该发现置于更大的北美马传播史脉络中，指出其他研究也曾在不同历史马样本中观察到与英国马序列接近的情况，但本研究是首次在北部大平原地区，以单个直接分析样本明确呈现与英国纯血马的专属性聚类关系。稳定同位素结果则表明，该马并不符合远距离迁徙或混合C₃/C₄食性的特征，而更接近在寒暖季节分明、C₃草原植被占优势地区长期生活的个体。

研究结论可译为：本研究是针对北部大平原及北达科他州历史时期马牙的首次跨学科调查。研究人员确定，这枚牙齿来自一匹具有与纯血马相似mtDNA谱系的马。该马生活于18世纪末，为一匹非迁徙性个体，以C₃植物为食。研究人员认识到，单一马牙样本的证据力度有限，尚不足以强有力证明家马经由英国和法国殖民地向北部大平原及当地原住民社区传播的第二条路线；然而，这一发现构成了重要的第一步，后续研究将为阐明该广大地区马匹出现的历史过程提供更多信息。总体而言，该研究的重要意义在于，它不仅补充了北部大平原历史时期马的直接生物考古证据，也提示北美家马传播并非单一路径过程，而可能同时受到西班牙扩散体系与英法殖民贸易网络的共同影响。