《Science》：没有骨头，古墓也能做人类DNA检测了

　　沉积物（sediments）形成了富含骨骼残骸的考古遗址的地质层，但是这些沉积物地层中的剩余DNA一直不受古人类学者的重视。直到今天，一队由西班牙国家研究委员会（CSIC）主导的国际研究小组开发出了一种新技术，可以用于追踪这些沉积物中的DNA，甚至在没有骸骨的洞穴或地层中，也可以检测到古代遗留下来的DNA。该项技术和发现被报道在最近一期的《Science》杂志。

　　真核细胞富含线粒体DNA，该方法正是基于线粒体DNA片段分析技术。研究人员检测了85份更新世（Pleistocene，约1.4-55万年前）的沉积物样本，分别来自包括EI Sidrón在内的8个欧洲考古洞穴。

　　5万年前，一个尼安德特人（Neandertal）在今天比利时境内的一个山洞了结束了生命，被埋葬的不只是他的身体，还有属于他的DNA。他的尿液渗透到了土壤中，随着粪便最终挥发、腐败、分解，微量的DNA被嵌入在洞穴的土壤缝隙之中，随着地壳运动，洞穴的天花板和外面吹进来的尘土最终将它们全部封存。现在，研究人员已经拿出了这些DNA属于尼安德特人和丹尼索瓦人（Denisovans）的证据，这项发现对考古学家来说是鼓舞人心的好消息，这意味着如今的科学家们甚至可以对没有骨骼化石残留的考古遗迹进行DNA残留物检测。

　　“这是一个巨大的突破，”伦敦自然历史博物馆的人类学家Chris Stringer说。“以后只要挖到了更新世的岩层，就必须把[筛选沉积物中的人类DNA]放到常规检查上。”德国Max Planck进化人类学研究所所长Svante Pääbo补充说：“我认为这项技术将会成为考古学中的一项标准工具，就像当年的放射性碳测定一样。”

　　2003年科学家们得知古代沉积物中含有DNA，当年哥本哈根大学的进化遗传学家Eske Willerslev从来自西伯利亚永久冻土和温带洞穴的沉积物中，鉴定了猛犸象、古马、和19种植物的DNA。Willerslev回忆说，当时他们还没有办法区分古代人的遗传序列，因为在样本处理中随时可能被现代人的序列污染。于是十多年来，科学家们一直在改进过滤污染物的技术，得益于技术的发展，Max Planck研究所的遗传学家Matthias Meyer开始致力于从曾经居住过人类的洞穴中筛选古人类DNA。

　　当Meyer和Max Planck研究所的博士生Viviane Slon利用新方法首次对欧洲更新世洞穴沉积物进行DNA测序后，数据让他们欢欣鼓舞。“这些DNA序列属于一个茶匙大小的样本，”Meyer说。这些片段中可能只有一小部分属于古代人类。为了捕捉它们，研究人员根据现代人线粒体DNA序列设计了一个精巧的DNA诱饵，将纯化DNA内所有属于现代人的DNA全部钓出。然后，Meyer和Slon将剩下的DNA序列与尼安德特人和丹尼索瓦人的线粒体DNA（mtDNA）进行比对。他们之所以以mtDNA作为参照，原因是mtDNA的拷贝数远高于细胞核DNA。

　　两位研究学者都担心残留的人类DNA太少，即便是最细致的捕捉也无法找到。“我惊讶的下巴快掉了，”Slon这样描述了自己第一次见到了尼安德特人序列时的心情。她和Meyer总共检测了从西班牙到俄罗斯的7个洞穴，其中4个都含有尼安德特人的序列。他们还在西伯利亚唯一一个曾挖出丹尼索瓦人骨头的洞穴中，检测到了丹尼索瓦人的DNA序列。在那个洞内，研究人员从没有骨头的沉积物岩层中检测到了丹尼索瓦人和尼安德特人的DNA序列，这项发现将人类占据这里的时间向前推进了数万年。甚至，在比利时的Trou Al’Wesse洞穴中检测到了尼安德特人的DNA，该洞穴从未挖掘出尼安德特人的骨骼，只显示石质工具曾经存在的痕迹。

　　Meyer和Slon还分析了洞穴内散落着骸骨的其他哺乳动物的DNA，DNA数据清晰地显示了这些动物的发源地和进化时间，进一步的佐证增加了研究人员对土壤环境DNA的信心。

　　“我很高兴看到这一领域的进步，”麦克马斯特大学古DNA实验室主任Hendrik Poinar说。一些研究人员说，沉积物中的远古DNA将帮助他们完成古代人类职业地图，并让他们看到物种间叠居和相互影响的地点。由于古人类的骨骼非常稀少，古人类DNA的作用才更重要。最近的一个例子，本周发表在《Nature》杂志的有关“美国最早古人类”的发现就得益于远古人类DNA的测定。

　　加州大学圣塔克鲁兹分校的进化生物学家Beth Shapiro说：“仅依靠骨骼化石，我们将永远得不到完整的数据，沉积物中分离出的DNA极大地扩展了我们的认知层面，我们不仅可以知道什么人曾经来过，还能知道他们什么时候到的，甚至停留了多久。”像丹尼索瓦人这样仅在1个山洞被发现过的人种，这一点特别重要。现代人与丹尼索瓦人的遗传痕迹表明，这只古老的物种一定曾在亚洲生活过，但研究人员仍没找到确切的地点和时间。

　　Stringer怀疑古人类环境DNA检测也可以帮助解决有争议的石器工具技术。例如鉴定Uluzzian文化，到底是属于尼安德特人还是现代人？甚至，它还能揭示出目前科学家们都不知道的远古人类物种的存在。Stringer说：“谁知道土里曾经都埋藏过什么？”

　　环境DNA（environmental DNA，eDNA）是指从环境样本中提取的所有DNA的合集，包括环境微生物和生物体上脱落下来的活细胞DNA，以及因生物死亡后细胞破碎后游离出来的细胞质DNA。按照宏基因组学概念，eDNA研究技术直接从环境样本中提取基因组DNA后进行测序分析的方法。较传统的研究方法，eDNA最大的优势在于更有效地解决了特定环境样本中宏量生物的分类问题。广泛应用于生态学、考古学、生命科学等多领域研究。二代高通量测序技术的普及进一步拓展了eDNA的应用范围，从微生物学逐渐向动物、植物学领域拓展，促进了传统研究方法和思想的革命。