《Science》：沒有骨頭，古墓也能做人類DNA檢測了

　　沉積物（sediments）形成了富含骨骼殘骸的考古遺址的地質層，但是這些沉積物地層中的剩余DNA一直不受古人類學者的重視。直到今天，一隊由西班牙國家研究委員會（CSIC）主導的國際研究小組開發出了一種新技術，可以用于追蹤這些沉積物中的DNA，甚至在沒有骸骨的洞穴或地層中，也可以檢測到古代遺留下來的DNA。該項技術和發現被報道在最近一期的《Science》雜志。

　　真核細胞富含線粒體DNA，該方法正是基于線粒體DNA片段分析技術。研究人員檢測了85份更新世（Pleistocene，約1.4-55萬年前）的沉積物樣本，分別來自包括EI Sidrón在內的8個歐洲考古洞穴。

　　5萬年前，一個尼安德特人（Neandertal）在今天比利時境內的一個山洞了結束了生命，被埋葬的不只是他的身體，還有屬于他的DNA。他的尿液滲透到了土壤中，隨著糞便最終揮發、腐敗、分解，微量的DNA被嵌入在洞穴的土壤縫隙之中，隨著地殼運動，洞穴的天花板和外面吹進來的塵土最終將它們全部封存。現在，研究人員已經拿出了這些DNA屬于尼安德特人和丹尼索瓦人（Denisovans）的證據，這項發現對考古學家來說是鼓舞人心的好消息，這意味著如今的科學家們甚至可以對沒有骨骼化石殘留的考古遺跡進行DNA殘留物檢測。

　　“這是一個巨大的突破，”倫敦自然歷史博物館的人類學家Chris Stringer說。“以后只要挖到了更新世的巖層，就必須把[篩選沉積物中的人類DNA]放到常規檢查上。”德國Max Planck進化人類學研究所所長Svante P??bo補充說：“我認為這項技術將會成為考古學中的一項標準工具，就像當年的放射性碳測定一樣。”

　　2003年科學家們得知古代沉積物中含有DNA，當年哥本哈根大學的進化遺傳學家Eske Willerslev從來自西伯利亞永久凍土和溫帶洞穴的沉積物中，鑒定了猛犸象、古馬、和19種植物的DNA。Willerslev回憶說，當時他們還沒有辦法區分古代人的遺傳序列，因為在樣本處理中隨時可能被現代人的序列污染。于是十多年來，科學家們一直在改進過濾污染物的技術，得益于技術的發展，Max Planck研究所的遺傳學家Matthias Meyer開始致力于從曾經居住過人類的洞穴中篩選古人類DNA。

　　當Meyer和Max Planck研究所的博士生Viviane Slon利用新方法首次對歐洲更新世洞穴沉積物進行DNA測序后，數據讓他們歡欣鼓舞。“這些DNA序列屬于一個茶匙大小的樣本，”Meyer說。這些片段中可能只有一小部分屬于古代人類。為了捕捉它們，研究人員根據現代人線粒體DNA序列設計了一個精巧的DNA誘餌，將純化DNA內所有屬于現代人的DNA全部釣出。然后，Meyer和Slon將剩下的DNA序列與尼安德特人和丹尼索瓦人的線粒體DNA（mtDNA）進行比對。他們之所以以mtDNA作為參照，原因是mtDNA的拷貝數遠高于細胞核DNA。

　　兩位研究學者都擔心殘留的人類DNA太少，即便是最細致的捕捉也無法找到。“我驚訝的下巴快掉了，”Slon這樣描述了自己第一次見到了尼安德特人序列時的心情。她和Meyer總共檢測了從西班牙到俄羅斯的7個洞穴，其中4個都含有尼安德特人的序列。他們還在西伯利亞唯一一個曾挖出丹尼索瓦人骨頭的洞穴中，檢測到了丹尼索瓦人的DNA序列。在那個洞內，研究人員從沒有骨頭的沉積物巖層中檢測到了丹尼索瓦人和尼安德特人的DNA序列，這項發現將人類占據這里的時間向前推進了數萬年。甚至，在比利時的Trou Al’Wesse洞穴中檢測到了尼安德特人的DNA，該洞穴從未挖掘出尼安德特人的骨骼，只顯示石質工具曾經存在的痕跡。

　　Meyer和Slon還分析了洞穴內散落著骸骨的其他哺乳動物的DNA，DNA數據清晰地顯示了這些動物的發源地和進化時間，進一步的佐證增加了研究人員對土壤環境DNA的信心。

　　“我很高興看到這一領域的進步，”麥克馬斯特大學古DNA實驗室主任Hendrik Poinar說。一些研究人員說，沉積物中的遠古DNA將幫助他們完成古代人類職業地圖，并讓他們看到物種間疊居和相互影響的地點。由于古人類的骨骼非常稀少，古人類DNA的作用才更重要。最近的一個例子，本周發表在《Nature》雜志的有關“美國最早古人類”的發現就得益于遠古人類DNA的測定。

　　加州大學圣塔克魯茲分校的進化生物學家Beth Shapiro說：“僅依靠骨骼化石，我們將永遠得不到完整的數據，沉積物中分離出的DNA極大地擴展了我們的認知層面，我們不僅可以知道什么人曾經來過，還能知道他們什么時候到的，甚至停留了多久。”像丹尼索瓦人這樣僅在1個山洞被發現過的人種，這一點特別重要。現代人與丹尼索瓦人的遺傳痕跡表明，這只古老的物種一定曾在亞洲生活過，但研究人員仍沒找到確切的地點和時間。

　　Stringer懷疑古人類環境DNA檢測也可以幫助解決有爭議的石器工具技術。例如鑒定Uluzzian文化，到底是屬于尼安德特人還是現代人？甚至，它還能揭示出目前科學家們都不知道的遠古人類物種的存在。Stringer說：“誰知道土里曾經都埋藏過什么？”

　　環境DNA（environmental DNA，eDNA）是指從環境樣本中提取的所有DNA的合集，包括環境微生物和生物體上脫落下來的活細胞DNA，以及因生物死亡后細胞破碎后游離出來的細胞質DNA。按照宏基因組學概念，eDNA研究技術直接從環境樣本中提取基因組DNA后進行測序分析的方法。較傳統的研究方法，eDNA最大的優勢在于更有效地解決了特定環境樣本中宏量生物的分類問題。廣泛應用于生態學、考古學、生命科學等多領域研究。二代高通量測序技術的普及進一步拓展了eDNA的應用范圍，從微生物學逐漸向動物、植物學領域拓展，促進了傳統研究方法和思想的革命。