古DNA如何破解“人類(lèi)從何而來(lái)”？
(資料圖)
——專訪四川大學(xué)考古文博學(xué)院特聘副研究員張帆
現(xiàn)代人何時(shí)涉足青藏高原并永久定居？青藏高原人群如何適應(yīng)高原環(huán)境？為破解這些謎團(tuán)，中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)完成了迄今為止青藏高原采樣規(guī)模最大、覆蓋最廣的古DNA研究，還原了青藏高原5100年以來(lái)人群的遺傳演化與交流互動(dòng)的歷史，于近日在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)進(jìn)展》(Science Advances)在線發(fā)表。
古DNA如何破解“人類(lèi)從何而來(lái)”？中國(guó)學(xué)者在古DNA領(lǐng)域取得了哪些成果？為中國(guó)西南地區(qū)古代先民進(jìn)行DNA研究面臨什么挑戰(zhàn)？四川大學(xué)考古文博學(xué)院特聘副研究員張帆近日接受中新社“東西問(wèn)”獨(dú)家專訪，對(duì)此進(jìn)行解讀。
現(xiàn)將訪談實(shí)錄摘要如下：
中新社記者：古DNA考古和傳統(tǒng)考古有什么不同？如何進(jìn)行古DNA考古？
張帆：和傳統(tǒng)考古學(xué)相比，古DNA是一個(gè)比較新的方向，它是利用現(xiàn)代分子生物學(xué)、生物信息學(xué)等技術(shù)對(duì)古代DNA分子進(jìn)行提取和分析，再結(jié)合考古學(xué)、體質(zhì)人類(lèi)學(xué)、語(yǔ)言學(xué)等多學(xué)科證據(jù)進(jìn)而研究人類(lèi)起源、人群遷徙和混合、古微生物進(jìn)化機(jī)制、古代社會(huì)的社會(huì)組織和結(jié)構(gòu)等一系列考古學(xué)問(wèn)題的新手段。
在古DNA的研究過(guò)程中，最重要的一步就是古DNA分子的提取。整個(gè)流程包括人類(lèi)骨骼樣本收集、材料前處理、樣本打磨成粉、對(duì)骨粉進(jìn)行古DNA分子的提取、構(gòu)建二代測(cè)序的DNA文庫(kù)、高通量測(cè)序以及后續(xù)大量的群體遺傳學(xué)分析等。
張帆正在觀察一份人類(lèi)骨骼樣本。張浪 攝
中新社記者：科學(xué)家在古DNA研究方面取得了哪些成果？基因組測(cè)序與古人類(lèi)研究為什么受到2022年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)“青睞”？古DNA如何破解“人類(lèi)從何而來(lái)”？
張帆：近年來(lái)海內(nèi)外在古DNA研究方面取得了突破。以中國(guó)為例，2020年，吉林大學(xué)崔銀秋教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《Nature Communications》上發(fā)表了一篇非常有影響力的古DNA文章，樣本覆蓋了中國(guó)北方地區(qū)黃河、西遼河、黑龍江三大流域，是首次測(cè)定中國(guó)近6000年時(shí)間跨度下古代人群高精度全基因組，證實(shí)了中原地區(qū)人群的主體遺傳結(jié)構(gòu)至少在仰韶文化時(shí)期就已奠定，為中華文明探源以及中華文明同根同源再添新證。
黃河壺口瀑布。呂桂明 攝
另一較有代表性的成果是北京大學(xué)寧超研究員等人2021年發(fā)表在《Nature》上的一篇交叉學(xué)科論文，利用古DNA、語(yǔ)言學(xué)、考古學(xué)等方法研究發(fā)現(xiàn)，泛歐亞語(yǔ)系的源頭是約9000年前中國(guó)的一群農(nóng)耕者，而亞洲東北部地區(qū)最初的農(nóng)業(yè)發(fā)展是推動(dòng)泛歐亞語(yǔ)擴(kuò)散的潛在因素。
2022年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予斯萬(wàn)特·帕博，以表彰他對(duì)已滅絕人種的基因組和人類(lèi)進(jìn)化的發(fā)現(xiàn)和研究，這也是古DNA研究主要的內(nèi)容之一。斯萬(wàn)特·帕博開(kāi)創(chuàng)了古DNA的研究方法，將現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)引入考古學(xué)研究，建立了古DNA實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)流程，保證了實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性和可靠性。斯萬(wàn)特·帕博和他的同事不僅首次從已經(jīng)滅絕的尼安德特人骨骼上獲取了DNA分子并進(jìn)行測(cè)序，還通過(guò)DNA發(fā)現(xiàn)了一種以前不為人知的人種，就是丹尼索瓦人。
利用現(xiàn)代DNA的方法，人們了解到“現(xiàn)代人走出非洲”這一重要理論，看到了不同地區(qū)古代人群的交流與融合，比如尼安德特人與現(xiàn)代人的混血，比如丹尼索瓦人對(duì)亞洲人群的兩次遺傳貢獻(xiàn)。從古DNA視角出發(fā)，可還原和追溯人類(lèi)起源演化過(guò)程中的諸多細(xì)節(jié)。
中新社記者：將古DNA技術(shù)運(yùn)用于新疆小河墓地考古，回答了哪些未解之謎？
張帆：距今4000年左右，塔里木盆地羅布泊地區(qū)出現(xiàn)了新疆南部最早的考古文化——小河文化。小河文化的代表小河墓地早在1910年就被生活在當(dāng)?shù)氐牧_布獵人發(fā)現(xiàn)，1934年瑞典考古學(xué)家貝格曼開(kāi)展了對(duì)小河墓地的首次考古調(diào)查。
1934年至今，小河墓地一直是世界考古學(xué)家、語(yǔ)言學(xué)家、遺傳學(xué)家關(guān)注的熱點(diǎn)。但由于尚未在歐亞草原其他地區(qū)發(fā)現(xiàn)類(lèi)似文明，關(guān)于小河文化到底來(lái)自歐洲還是中亞，到底是西向還是東向，一直不得而知。
羅布泊日落。任暉 攝
早期體質(zhì)人類(lèi)學(xué)學(xué)者發(fā)現(xiàn)，小河文化中小河墓地和古墓溝墓地出土的人骨具有一些古歐羅巴人種的特點(diǎn)?？脊艑W(xué)家通過(guò)對(duì)比小河墓地發(fā)現(xiàn)的草編簍的形制和其他歐亞大陸古代文化中出土的陶器形制，認(rèn)為小河文化可能與歐亞草原西部的顏那亞文明和米努辛斯克盆地的阿凡納謝沃文化有關(guān)。語(yǔ)言學(xué)家根據(jù)在羅布泊地區(qū)樓蘭遺址中發(fā)現(xiàn)的吐火羅文書(shū)認(rèn)為羅布泊早期居民可能來(lái)自于講原始印歐語(yǔ)的歐亞草原人群，因?yàn)橥禄鹆_語(yǔ)是原始印歐語(yǔ)中早期分離出的一支古老支系。以上研究認(rèn)為小河文化可能來(lái)自歐亞大陸西部的印歐語(yǔ)系人群。
但也有學(xué)者通過(guò)對(duì)比小河文化所處的沙漠綠洲環(huán)境和掌握的農(nóng)業(yè)技術(shù)提出其可能來(lái)自中亞地區(qū)的巴克特里亞·馬爾吉亞納農(nóng)業(yè)文明人群。在小河墓地中發(fā)現(xiàn)的大量麻黃也產(chǎn)出于該地區(qū)，進(jìn)一步支持了該假說(shuō)。
我們利用全基因組測(cè)序技術(shù)對(duì)小河墓地、古墓溝墓地、克里雅河北方墓地中古代個(gè)體的全基因組數(shù)據(jù)分析后發(fā)現(xiàn)，距今4000年左右的小河人群并非來(lái)自歐洲或中亞，也不是歐羅巴人，而是來(lái)源于歐亞大陸東部地區(qū)非常古老的、距今兩萬(wàn)年前的一種史祖人群。
所以，小河文化體現(xiàn)了東西方交融的多元文化面貌，但從DNA的角度，小河人群的來(lái)源是東向的。我們推測(cè)羅布泊地區(qū)的沙漠環(huán)境可能阻隔了外來(lái)人群與小河人的遺傳交流，最終導(dǎo)致了小河文化人群的長(zhǎng)期隔離。雖然小河人群的遺傳結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，但小河文化受到了周邊地區(qū)多種文化的影響。
小河人可能學(xué)習(xí)了歐亞草原西部畜牧人群陶器的形制特點(diǎn)制造了大量的草編簍；小河墓地中發(fā)現(xiàn)的大量產(chǎn)于中亞、近東地區(qū)的小麥和麻黃可能是通過(guò)貿(mào)易交流獲得；小河文化所使用的農(nóng)業(yè)技術(shù)可能學(xué)習(xí)了中亞BMAC農(nóng)業(yè)文明；另外小河墓地中也發(fā)現(xiàn)了小米作物，小米最早發(fā)現(xiàn)于黃河流域文明，暗示小河文化也受到了來(lái)自東部農(nóng)業(yè)人群的文化影響。
新疆小河墓地文物。確·胡熱 攝
中新社記者：為中國(guó)西南地區(qū)古代先民進(jìn)行DNA研究面臨什么挑戰(zhàn)？這一研究將回答哪些未解之謎？
張帆：中國(guó)古DNA研究者取得了豐富成果，但大部分位于中國(guó)北方地區(qū)。因?yàn)橹袊?guó)北方較為寒冷，堿性土壤適合DNA保存，而南方大部分土壤呈酸性，不適宜DNA保存，這對(duì)開(kāi)展古DNA研究造成了極大挑戰(zhàn)。
事實(shí)上，復(fù)雜的地理環(huán)境造就中國(guó)西南地區(qū)獨(dú)特的生物多樣性、民族多樣性和文化多樣性。但長(zhǎng)期以來(lái)，學(xué)界對(duì)該區(qū)域如何從漫長(zhǎng)的狩獵采集時(shí)代融入中國(guó)早期文明的進(jìn)程尚不清楚。
以三星堆、滇文化為代表的青銅文明橫空出世，刷新了對(duì)中國(guó)古代文明多樣性的認(rèn)識(shí)。然而這些文化的源頭及流向目前還存在爭(zhēng)議，可嘗試?yán)霉臘NA方法解決這些問(wèn)題。另外，古代的巴人與蜀人在DNA水平上到底有什么關(guān)聯(lián)，是否擁有共同的祖先，目前沒(méi)有定論，我想也可以嘗試從古DNA水平對(duì)此進(jìn)行研究。
受訪者簡(jiǎn)介：
張帆，四川大學(xué)考古文博學(xué)院特聘副研究員，曾參與迄今止中國(guó)境內(nèi)最大規(guī)模的古基因組研究，用古DNA構(gòu)建新疆史前人群的遺傳起源與遷徙動(dòng)態(tài)，在Nature、Nature communications、Current Biology等雜志上發(fā)表學(xué)術(shù)論文10余篇，主要研究方向?yàn)榉肿涌脊艑W(xué)。
關(guān)鍵詞：
責(zé)任編輯：Rex_06
