土壤残留DNA有助揭开远古人类之谜

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5000年以前，一名尼安德特人在今天比利时的一个洞穴中解手，埋葬品中除了其他的东西之外，还有他的DNA样本。土壤矿石上的尿液和粪便样本最终分解。但DNA记录却保存了下来，嵌在洞穴地面上，在那里，洞穴上方的土和洞外刮进来的灰尘逐渐掩盖了它。现在，研究人员表示，他们能够找到并鉴定出尼安德特人和另一种古人类丹尼索瓦人的基因痕迹，这使得他们在即便没有发现骨骼的遗址中也能够测试古人类。

“这是一个巨大的飞跃。”英国伦敦自然历史博物馆人类学家Chris Stringer说，“现在，任何挖掘更新世洞穴遗址的人都应该把这（在沉积物中检测人类DNA）放在他们必须研究的名单上。”德国马普学会进化人类所主任Adds Svante Paabo说，这正是该所开展的研究。“我认为这会成为考古学中的一个标准工具，甚至可能像碳同位素追踪法那样。”

科学家从2003年便已知道DNA能够在古沉积物中留存下来。当时丹麦哥本哈根大学进化遗传学家Eske Willerslev测量了猛犸象的DNA序列和19种植物类群的DNA序列，这些遗留物来自西伯利亚永久冻土和温暖的洞穴。但在当时，Willerslev回忆，他没有办法从可能污染了他们所处理的样本的现代人序列中分辨出古代人序列。从那时起，鉴定类似污染的过滤技术逐渐进步，这激励马普学会遗传学家Matthias Meyer设法从原来的洞穴沉积物中分离出人类DNA。

当Meyer和马普学会博士生Viviane Slon对欧洲更新世洞穴沉积物中的环境DNA进行测序后，生成的数据震惊了他们。“在一个仅有一勺羹大小的样本中，含有数万亿个DNA片段。”Meyer说。其中只有一小部分片段可能属于古人类。为了捕获它们，研究人员开发了一种精巧的DNA钩子，源自现代人线粒体（能够为细胞生成能量的微小“发电厂”）DNA。这个分子钩子能够辨别出大多数类似它的序列，Meyer 和Slon然后将其与已知尼安德特人和丹尼索瓦人的线粒体DNA序列作了对比。他们寻找的是线粒体DNA，因为这比核DNA更加丰富，每个细胞中拥有数千个副本。

两人担心人类DNA过于稀少，即便是他们仔细“钓取”也可能找不到。看到首个尼安德特人序列之后，Slon说：“我下巴简直掉到了地上。”她和Meyer检测了7个洞穴遗址中的沉积物，从中辨别尼安德特人的DNA。他们在4月27日在线发表的文章中报告称，这些洞穴有的位于西班牙，有的则在俄罗斯，那里曾有古人类生活过。他们还从丹尼索瓦人洞穴沉积物中找到了丹尼索瓦人的DNA，这个西伯利亚遗址发现了迄今为止仅有的丹尼索瓦人骨骼。在那里，尼安德特人和丹尼索瓦人的DNA均存在于没有发现骨骼的沉积层中，使人类在当时生活的时间向前推进了上万年。Meyer和Slon甚至还在比利时的Trou Al’Wesse洞穴遗址中找到了尼安德特人的DNA，那里没有任何尼安德特人的骨骼，只有标志性的石制工具。

Meyer和Slon还根据遗骨分析了洞穴中栖息过的其他哺乳动物的DNA。这些DNA和骨骼再次说明了那些动物什么时候在哪里生活，从而给研究人员信心，表明来自土壤DNA推测的年代是可靠的。

“非常高兴能够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Hendrik Poinar说。若干名研究人员表示，来自沉积物的古DNA将帮助他们完成古人类活动图，让他们看到物种在哪里重叠并产生互动。这非常重要，因为人类骨骼非常稀少。例如，来自古人类的DNA或有助深化近日关于南北美洲存在最古老人类的争论。

“如果人们必须依赖找到的骨骼，那么将只能获得不完善的数据。”美国加州大学进化生物学家Beth Shapiro说，“将DNA直接从沉积物中分离出来，能够显著扩大古人在哪里、他们何时到达那里以及在那里停留了多长时间等知识。”这对于丹尼索瓦人尤为重要——到目前为止仅在一个洞穴中鉴定出该人种。但与现代人相关联的基因痕迹表明，这个古人种一度曾遍布亚洲。但是研究人员并不确切知道何地、何时。

Stringer推测，来自沉积物的古人类DNA还有助于解开一些有争议的石制工具之谜，如在意大利发现的乌鲁前文化，究竟是被现代人还是尼安德特人制作的。它甚至还能解开科学家尚不知晓的古人类物种的存在之谜，他说：“那里还有些什么呢？”

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