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1993年,电影《侏罗纪公园》描绘了一副从古琥珀中提取恐龙DNA的美妙幻景。 在今天,从三万年前的古人类遗骨身上获得基因组完整图谱,已是现实。
公元前210年,陕西关中尽是大工地。在咸阳,新朝宫阿房宫已经开工两年,而骊山脚下,秦始皇陵的修建已经进入第37个年头。
古DNA技术的兴起至今只有20多年的历史。1984年,英国《自然》杂志首次报道了美国科学家Higuchi从一种灭绝了150多年的动物斑驴身上成功提取了DNA,使人们开始意识到古DNA在古生物学、考古学、进化生物学和法医学上的重大意义。1985年,又有消息传出,有人从距今约2 400多年的埃及木乃伊中克隆出古DNA分子。从此,古DNA技术一发而不可收,不断有新的爆炸性消息传出,直到1993年有人宣称从距今约1.2~1.35亿年白垩纪琥珀中获得象鼻虫DNA和从距今2 500~4 000万年琥珀中的孢子中获取的古细菌DNA。
但是,1994年以后, 许多科学家开始怀疑古DNA的真实性, 因为人们开始觉得不对,这些古生物中的DNA,怎么和人的那么相像?人们发现,1994年有人从恐龙骨骼碎片中得到的“古DNA”序列,其实是人类的线粒体DNA片段——这些古生物化石被科学家自己的DNA的污染了。原来,活着的人无时无刻不在散布自己的DNA,你的触摸,甚至你的呼吸都有可能侵染到古物的表面。
从此以后,古DNA的提取技术才开始逐步规范,操作流程也日益严谨起来。徐智描述说,一般来说,如果是男性的遗骨,就由女性工作人员来拾取。现场不能触碰到遗骨,戴手套和口罩是起码的要求。在实验室里,工作人员的穿戴更是如同在SARS期间的隔离病房。所有的工作人员都事先测过DNA,这也是识别出可能的污染的措施之一。
现在国际古DNA学界普遍认为,古DNA的理论保存年限只有10万年,除非这个样本是保存在西伯利亚冻土带中,也许可以保存数十万年。“现在你要再说我能做一两百万年前的恐龙DNA,论文扔出去人家编辑都不信。”徐智笑道。
不过,古DNA的最辉煌业绩,是对尼安德特人的DNA的提取。这支已经灭绝了的现代人类的近亲,曾经引起人们巨大的关注,许多欧洲人认为,自己可能是尼安德特人的后代,至少身上混有尼安德特人的基因。1997年,德国科学家帕波斯和他的学生马提亚•克里金斯在德国慕尼黑大学测出了距今3万多年的尼安德特人线粒体DNA中的379个碱基对。他们发现这些碱基对序列和现代人的对应序列很不同,这个结果实际说明,尼安德特人和现代欧洲人没什么传承关系,他们在50万年前从共同的祖先进化开来,两者没有发生融合。
当时,许多人不同意这些德国科学家的结论,他们认为帕波斯才得到379个碱基对,太少了。从心里说,许多欧洲人也情愿祖先是独立起源的尼安德特人。
但是,到2000年,又有奥奇尼科夫等人成功提取了尼安德特人256个碱基对,这些DNA的序列与帕波斯测出的只有3.48%的差异,而且这次实验分别在苏格兰格拉斯哥大学和瑞典斯德哥尔摩大学同时进行, 得到了相同的结果。它证明了古DNA存在的可靠性。
到2006年,美国和德国的几个实验室从古DNA提取物中获得了65万个碱基对和100万个碱基对长度的尼安德特人的古DNA序列,另外,由加拿大、美国及德国科学家组成的一个研究小组,从猛犸象化石中获得了1300万碱基对的古DNA序列,这一年,《科学》杂志将古DNA技术的进展评为“2006年度世界10大科技进展”之一。
到这个时候,欧洲人对于现代欧洲人是从非洲起源,已经没有什么大的争议了。
拼出新石器时代的中国文化地图
在中国,今天测试的古DNA样本,都在几千年前左右,基本还没有超过一万年前的。这一方面是受限于技术,一方面,是古样本不容易得到。
金力领导的复旦大学现代人类学研究中心,与吉林大学边疆考古研究中心在测古DNA方面有密切合作,他们也同各地的考古学家互通往来,先后在新疆的古丝绸之路上(包括“楼兰美女”)、在三峡工地、在内地出土的许多新石器文化遗址上对古尸的DNA进行测试。
他们得到的结果相当有趣。比如在新疆。大家都知道,当丝绸之路的鼎盛时期,东西方的交流应该是相当频繁的。其实,对古DNA的测试表明,这种交流,包括文化的也包括人群的基因交融,用金力的话说,就是来自亚洲和来自欧洲的不同种族的男女开始结合,在三四千年前就非常多见,比我们想象的早了一两千年。
有的时候,古尸明显呈现欧洲人种的特点,考古学家也认为这是欧洲人。但DNA测出来的结果,却是亚洲人的基因。这说明什么?参与过古DNA测试的金力的助手谭婧泽解释:因为提取的是古尸的线粒体DNA,也就是母系的遗传,这个结果是说明,样本是一个混血人,恐怕父系是来自欧洲人种,而母系来自亚洲人种。
2005年,复旦大学的一位本科生闫鹏荣曾经对著名的四川悬棺中的古尸进行了古DNA的测试,得出结论是悬棺古尸是古百越人的后代,而不是广泛传说的巴人。现代人类学研究中心也曾试图对人们疑惑不解三星堆之谜进行探索,可惜对其古尸的DNA提取没有成功。“那里太湿了,头骨和土都在一块。把土弄掉,骨头就碎了。DNA没有提出来。”徐智说。
而对一系列新石器时期文化遗址的古DNA测试,让金力、李辉及其团体成员们收获不小。他们不但将基因地图中的五六千年前中国人群的迁徙路线与考古学、历史学中的研究资料与成果一一开始衔接,而且可以更清晰地确定,这些灿烂一时的古代文化,当时是哪一个族群创造的。比如,良渚文化,那么优美绝伦的玉器,五千多年前就由古百越人,也就是带M119基因位点的那支人创造出来的;而距今四千多年的大溪文化,创造者是苗瑶族群,他们与汉族人群同样都带O3型染色体,但他们的已经有点变异,是O3a4型,是在2万年前开始与汉族分开的。
根据对古DNA的测试结果,李辉绘出了一张五六千年前处于新石器时期中国的族群分布图。人们可以看到,当时的汉族祖先华夏族,还只占着中国的一个小角。“当时各个考古文化区域里的人群,相互是隔绝的,隔离程度相当高。良渚文化中都是M119,没看到M122。在大溪文化中,有很多属于苗瑶族群的M7。在山西陶寺文化中,就没有看到南方人的任何基因。不像今天,大家已经融合,你中有我,我中有你……”
1997年,当克里金斯将尼安德特人的DNA拼接出来时,他写道:“我心里知道结果就会是这样的……凝视着第一个出现的顺序,我感到脊背阵阵发凉……”。而到了2008年8月,人们得知,第一个对尼安德特人线粒体DNA的完整基因组的测序工作已经完成。据《细胞》杂志报道说,来自德国、美国、克罗地亚和芬兰的科学家,在一个1980年从克罗地亚的出土的生活于3.8万年前尼安德特人骨样本上,获得了一个完整线粒体DNA基因组序列。
所有这一切,在30年前还是不可想象的。
公元前210年,陕西关中尽是大工地。在咸阳,新朝宫阿房宫已经开工两年,而骊山脚下,秦始皇陵的修建已经进入第37个年头。
古DNA技术的兴起至今只有20多年的历史。1984年,英国《自然》杂志首次报道了美国科学家Higuchi从一种灭绝了150多年的动物斑驴身上成功提取了DNA,使人们开始意识到古DNA在古生物学、考古学、进化生物学和法医学上的重大意义。1985年,又有消息传出,有人从距今约2 400多年的埃及木乃伊中克隆出古DNA分子。从此,古DNA技术一发而不可收,不断有新的爆炸性消息传出,直到1993年有人宣称从距今约1.2~1.35亿年白垩纪琥珀中获得象鼻虫DNA和从距今2 500~4 000万年琥珀中的孢子中获取的古细菌DNA。
但是,1994年以后, 许多科学家开始怀疑古DNA的真实性, 因为人们开始觉得不对,这些古生物中的DNA,怎么和人的那么相像?人们发现,1994年有人从恐龙骨骼碎片中得到的“古DNA”序列,其实是人类的线粒体DNA片段——这些古生物化石被科学家自己的DNA的污染了。原来,活着的人无时无刻不在散布自己的DNA,你的触摸,甚至你的呼吸都有可能侵染到古物的表面。
从此以后,古DNA的提取技术才开始逐步规范,操作流程也日益严谨起来。徐智描述说,一般来说,如果是男性的遗骨,就由女性工作人员来拾取。现场不能触碰到遗骨,戴手套和口罩是起码的要求。在实验室里,工作人员的穿戴更是如同在SARS期间的隔离病房。所有的工作人员都事先测过DNA,这也是识别出可能的污染的措施之一。
现在国际古DNA学界普遍认为,古DNA的理论保存年限只有10万年,除非这个样本是保存在西伯利亚冻土带中,也许可以保存数十万年。“现在你要再说我能做一两百万年前的恐龙DNA,论文扔出去人家编辑都不信。”徐智笑道。
不过,古DNA的最辉煌业绩,是对尼安德特人的DNA的提取。这支已经灭绝了的现代人类的近亲,曾经引起人们巨大的关注,许多欧洲人认为,自己可能是尼安德特人的后代,至少身上混有尼安德特人的基因。1997年,德国科学家帕波斯和他的学生马提亚•克里金斯在德国慕尼黑大学测出了距今3万多年的尼安德特人线粒体DNA中的379个碱基对。他们发现这些碱基对序列和现代人的对应序列很不同,这个结果实际说明,尼安德特人和现代欧洲人没什么传承关系,他们在50万年前从共同的祖先进化开来,两者没有发生融合。
当时,许多人不同意这些德国科学家的结论,他们认为帕波斯才得到379个碱基对,太少了。从心里说,许多欧洲人也情愿祖先是独立起源的尼安德特人。
但是,到2000年,又有奥奇尼科夫等人成功提取了尼安德特人256个碱基对,这些DNA的序列与帕波斯测出的只有3.48%的差异,而且这次实验分别在苏格兰格拉斯哥大学和瑞典斯德哥尔摩大学同时进行, 得到了相同的结果。它证明了古DNA存在的可靠性。
到2006年,美国和德国的几个实验室从古DNA提取物中获得了65万个碱基对和100万个碱基对长度的尼安德特人的古DNA序列,另外,由加拿大、美国及德国科学家组成的一个研究小组,从猛犸象化石中获得了1300万碱基对的古DNA序列,这一年,《科学》杂志将古DNA技术的进展评为“2006年度世界10大科技进展”之一。
到这个时候,欧洲人对于现代欧洲人是从非洲起源,已经没有什么大的争议了。
拼出新石器时代的中国文化地图
在中国,今天测试的古DNA样本,都在几千年前左右,基本还没有超过一万年前的。这一方面是受限于技术,一方面,是古样本不容易得到。
金力领导的复旦大学现代人类学研究中心,与吉林大学边疆考古研究中心在测古DNA方面有密切合作,他们也同各地的考古学家互通往来,先后在新疆的古丝绸之路上(包括“楼兰美女”)、在三峡工地、在内地出土的许多新石器文化遗址上对古尸的DNA进行测试。
他们得到的结果相当有趣。比如在新疆。大家都知道,当丝绸之路的鼎盛时期,东西方的交流应该是相当频繁的。其实,对古DNA的测试表明,这种交流,包括文化的也包括人群的基因交融,用金力的话说,就是来自亚洲和来自欧洲的不同种族的男女开始结合,在三四千年前就非常多见,比我们想象的早了一两千年。
有的时候,古尸明显呈现欧洲人种的特点,考古学家也认为这是欧洲人。但DNA测出来的结果,却是亚洲人的基因。这说明什么?参与过古DNA测试的金力的助手谭婧泽解释:因为提取的是古尸的线粒体DNA,也就是母系的遗传,这个结果是说明,样本是一个混血人,恐怕父系是来自欧洲人种,而母系来自亚洲人种。
2005年,复旦大学的一位本科生闫鹏荣曾经对著名的四川悬棺中的古尸进行了古DNA的测试,得出结论是悬棺古尸是古百越人的后代,而不是广泛传说的巴人。现代人类学研究中心也曾试图对人们疑惑不解三星堆之谜进行探索,可惜对其古尸的DNA提取没有成功。“那里太湿了,头骨和土都在一块。把土弄掉,骨头就碎了。DNA没有提出来。”徐智说。
而对一系列新石器时期文化遗址的古DNA测试,让金力、李辉及其团体成员们收获不小。他们不但将基因地图中的五六千年前中国人群的迁徙路线与考古学、历史学中的研究资料与成果一一开始衔接,而且可以更清晰地确定,这些灿烂一时的古代文化,当时是哪一个族群创造的。比如,良渚文化,那么优美绝伦的玉器,五千多年前就由古百越人,也就是带M119基因位点的那支人创造出来的;而距今四千多年的大溪文化,创造者是苗瑶族群,他们与汉族人群同样都带O3型染色体,但他们的已经有点变异,是O3a4型,是在2万年前开始与汉族分开的。
根据对古DNA的测试结果,李辉绘出了一张五六千年前处于新石器时期中国的族群分布图。人们可以看到,当时的汉族祖先华夏族,还只占着中国的一个小角。“当时各个考古文化区域里的人群,相互是隔绝的,隔离程度相当高。良渚文化中都是M119,没看到M122。在大溪文化中,有很多属于苗瑶族群的M7。在山西陶寺文化中,就没有看到南方人的任何基因。不像今天,大家已经融合,你中有我,我中有你……”
1997年,当克里金斯将尼安德特人的DNA拼接出来时,他写道:“我心里知道结果就会是这样的……凝视着第一个出现的顺序,我感到脊背阵阵发凉……”。而到了2008年8月,人们得知,第一个对尼安德特人线粒体DNA的完整基因组的测序工作已经完成。据《细胞》杂志报道说,来自德国、美国、克罗地亚和芬兰的科学家,在一个1980年从克罗地亚的出土的生活于3.8万年前尼安德特人骨样本上,获得了一个完整线粒体DNA基因组序列。
所有这一切,在30年前还是不可想象的。