土壤残留DNA有助揭开远古人类之谜

马蒂亚斯·迈耶正在一间洁净室里工作，帮助寻找从古代土壤中提取人类DNA的方法。

资料来源:马克斯·普朗克学会

五千年前，今天在比利时的一个山洞里，一个尼安德特人解开了他的手。除了别的以外，这个埋藏的物体包含了他的DNA样本。来自土壤矿石的尿液和粪便样本最终被分解。然而，DNA记录被保存并嵌入洞穴的地面，洞穴上方的土壤和从外面刮进来的灰尘逐渐覆盖了洞穴。现在，研究人员表示，他们可以找到并识别尼安德特人和另一个古代人类杰尼索夫人的遗传痕迹，这使他们能够测试古代人类，即使在没有发现骨头的地方。

“这是一个巨大的飞跃。”英国伦敦自然历史博物馆的人类学家克里斯·斯金格说，“现在任何挖掘更新世洞穴遗址的人都应该把这个(在沉积物中测试人类DNA)列入他们必须研究的清单。”德国马克斯·普朗克进化人类学研究所所长斯万特·帕珀补充说，这正是研究所进行的研究。"我认为它将成为考古学的标准工具，甚至可能像碳同位素追踪一样."

自2003年以来，科学家们就知道DNA可以在古代沉积物中存活。丹麦哥本哈根大学的进化遗传学家埃斯科·威勒斯列夫测量了长毛象和19个植物群的DNA序列。这些残余来自西伯利亚的永久冻土和温暖的洞穴。但当时，威勒斯列夫回忆说，他无法区分古代人类序列和现代人类序列，后者可能污染了他们处理的样本。从那以后，识别类似污染物的过滤技术逐渐得到改进，这启发了马克斯·普朗克研究所的遗传学家马蒂亚斯·迈耶(Matthias Meyer)，试图从原始洞穴沉积物中分离人类DNA。

当迈耶和马克斯·普朗克学会的博士生维维安·斯隆对欧洲更新世洞穴沉积物中的环境DNA进行测序时，产生的数据震惊了他们。"一勺大小的样本含有数万亿的DNA片段."迈耶说。这些碎片中只有一小部分可能属于古代人类。为了捕获它们，研究人员开发了一种复杂的从现代人类线粒体(为细胞产生能量的微小“动力装置”)中提取的DNA钩子。这种分子钩可以识别大多数与之相似的序列。迈耶和斯隆将它与已知尼安德特人和杰尼索夫人的线粒体DNA序列进行了比较。他们正在寻找线粒体DNA，因为它比细胞核DNA更丰富，每个细胞中有数千个拷贝。

两人担心人类的DNA太稀少，即使他们小心翼翼地“抓住”它，也可能找不到。看到第一个尼安德特人序列后，斯隆说，“我的下巴刚刚掉到地上。”她和迈耶检查了七个洞穴遗址的沉积物，以鉴定尼安德特人的DNA。在4月27日发表在网上的一篇文章中，他们报道说，这些洞穴中的一些位于西班牙，而另一些位于古代人曾经居住的俄罗斯。他们还从杰尼索夫洞穴的沉积物中发现了杰尼索夫人的DNA。西伯利亚遗址发现了迄今为止唯一的杰尼索夫人骨骼。在那里，尼安德特人和杰尼索夫人的DNA都是在没有发现骨头的沉积层中发现的，这推动了当时人类生活的数万年。迈耶和斯隆甚至在比利时的特鲁阿尔维斯洞穴遗址发现了尼安德特人的DNA，那里没有尼安德特人的骨头，只有标志性的石器。

迈耶和斯隆还根据骨骼分析了居住在洞穴中的其他哺乳动物的DNA。这些DNA和骨骼再次显示了动物生活的时间和地点，从而让研究人员相信从土壤中推测DNA的年龄是可靠的。

"我很高兴看到这个领域朝着这个方向发展."加拿大汉密尔顿麦克马斯特大学古DNA实验室主任亨德里克·普瓦纳尔说。几位研究人员说，来自沉积物的古代DNA将帮助他们完成古代人类活动地图，并向他们展示物种重叠和相互作用的地方。这非常重要，因为人骨非常罕见。例如，远古人类的DNA可能有助于加深最近关于南北美洲最古老人类存在的争论。

“如果人们不得不依靠找到的骨头，他们将只能获得不完整的数据。”加州大学的进化生物学家贝丝·夏皮罗说:“从沉积物中直接分离出DNA可以极大地扩展古人的知识，比如他们在哪里、何时到达以及在那里呆了多久。”这对杰尼索夫人来说尤其重要，到目前为止，他们只在一个洞穴中被发现。然而，与现代人类相关的遗传痕迹表明，这一古老物种曾经遍布亚洲。但是研究人员不知道确切的时间和地点。

斯特林格推测，来自沉积物的古代人类DNA也有助于解决一些有争议的石器之谜，比如在意大利发现的前乌卢文化是由现代人还是尼安德特人创造的。它甚至可以解开科学家们还不知道的古代人类物种存在的秘密。他说，“还有什么？”(晋南编)

中国科学新闻(2017-05-10第三版国际版)