你的爸爸是個尼安德特人

原標題：你的爸爸是個尼安德特人

　　——古DNA研究30年縱覽

　　如果人們證明DNA能長期存活是普遍現象，古生物學、進化生物學、考古學和法醫學等領域將受益匪淺。

　　圖片來源：Tetra Images/Alamy

　　在古DNA揭示尼安德特人的性取向或第一個美洲人的祖先之前，這裡還有一頭斑驢。

　　這是一種頭部長有斑紋並生著驢屁股的奇特的馬，最後一頭斑驢死於1883年。一個世紀之後，研究人員出版了約200個斑驢核苷酸序列，這些序列取自一塊有140年歷史的斑驢肌肉。這些DNA碎片（來自死亡已久的生物體的遺傳秘密）揭示，斑驢與山斑馬截然不同。

　　更值得注意的是，從那時起，化石研究將不再是探索滅絕生命的唯一方法。美國加州大學伯克利分校遺傳學家Russell Higuchi和Allan Wilson及其同事在有關斑驢的論文中提到：「如果人們證明DNA能長期存活是普遍現象，古生物學、進化生物學、考古學和法醫學等領域將受益匪淺。」

　　最初的進展十分緩慢。對古DNA研究真實性的爭論分化了該領域，並加深了外部質疑。但多虧實驗室近乎偏執的嚴格，以及幫助科學家確定及排除現代DNA汙染的測序技術，爭論終於慢慢消失。

　　這些進步推動了古遺傳學的繁榮。去年，研究人員發現了兩種有記錄的最古老基因：一匹埋葬在加拿大永久凍土層中約70萬年前的馬基因以及來自西班牙洞穴約40萬年的人類近親基因。

　　能隔離、測序和解釋被時間摧毀的古DNA鏈的技術革新帶來了這些飛躍。研究人員能從更古老、更腐朽的殘餘物裡找到DNA，以探索早已死去的人和其他生物的秘密。現在，古DNA能從專家的清潔室轉移到考古學家和人類遺傳學家的實驗室，在斑驢研究30年後，《自然》雜誌期待一窺該領域的未來。

　　百萬年基因

　　當丹麥哥本哈根大學進化生物學家Ludovic Orlando開始測序一塊78萬~56萬年前的馬腿骨DNA時，他並不太抱期望。2003年，他的同事Eske Willerslev在加拿大育空地區的永久凍土層中發現了這塊骨頭。然後，Willerslev將它丟到冷庫裡，等待技術有朝一日能解讀其中的DNA。（古DNA實驗室的冰櫃裡充滿了這種「等等看」的樣本。）

　　2010年的一個晚上，Willerslev打電話給Orlando說，是時候了。Orlando表示懷疑：「我在這個項目開始時懷著堅定的信念：它不可能。」測序古DNA是一場與時間的戰鬥。生物體死後，在酶的作用下，DNA長鏈會斷裂成短片。低溫能減緩這個過程，但最終DNA鏈會非常短，包含極少量信息。

　　要讀出這匹馬的基因，Orlando需要通過酶處理提取有用的DNA片段，並為它們進行測序準備。Orlando團隊發現，準備工作遺失了大量碎片。但隨著對實驗過程進行微調，例如降低提取溫度，研究人員獲得比之前多10倍的DNA碎片，並製作了有記錄以來最古老DNA的草圖。

　　藉助類似技術，德國萊比錫馬普學會進化人類學研究所遺傳學家Svante Paabo及其同事，將注意力轉向一個「沉睡」在西班牙北部阿塔普埃爾卡山具有40萬年歷史的現代人近親。骨骸被保存在穩定低溫環境中，這放慢了DNA的分解速度。「如果你能決定古人類埋骨在哪裡，你可能會選擇這裡。」研究負責人、該研究所分子生物學家Matthias Meyer說。

　　去年12月，該研究小組報告了這個古人類線粒體基因組的研究結果。這些序列揭示了阿塔普埃爾卡山人與丹尼索瓦人之間意想不到的關係。丹尼索瓦人是Paabo小組在俄羅斯阿爾泰山數千公裡外發現的一批古老人類。Meyer和同事希望能改進技術，獲得阿塔普埃爾卡山人的核基因組。「這一定有可能。」Meyer說，「直到工作完成前，我不會休息。」

　　Meyer和Paabo希望超越來自更溫暖地區的古人類樣本的DNA極限，例如，直立人化石——發現於亞洲的人類和尼安德特人的共同祖先。Orlando也表示，研究人員可能有新的提取工藝，從埃及木乃伊或弗洛瑞斯人等先前棘手的骨骸裡提取信息。弗洛瑞斯人是發現自印尼弗洛勒斯島山洞的至少有1.8萬年歷史的古人類。

　　編碼幽靈

　　幾年前，美國哈佛大學醫學院人類遺傳學家David Reich發現了一個「幽靈」。該研究小組利用現代人基因重建了歐洲歷史。當時，他們發現北歐人和美洲土著間存在聯繫。他們認為，歐亞大陸北部現已滅絕的人種與歐洲人和後來遷徙到美洲的西伯利亞人出現混合。Reich將這類人稱為幽靈人種，因為他們是通過留在基因裡的「回聲」被鑑別出的，而非骨頭或古DNA。

　　史丹福大學人類遺傳學家Carlos Bustamante表示，幽靈人種是統計模型得出的結論，當來自化石的基因數據缺失時就需要謹慎處理。

　　有時，這些統計「幽靈」也有實體。去年，Willerslev小組發表了具有2.4萬年歷史的Mal’ta男孩遺骸的基因。相關結果顯示，這個在西伯利亞中部發現的男孩，屬於跟現代美洲土著和歐洲人都有親緣關係的人種，這也與Reich的假設相匹配。「這是一個驚人的發現。」他說。

　　幽靈人種的線索還隱藏在古DNA中。在分析尼安德特人和丹尼索瓦人高質量基因時，Reich和加州大學伯克利分校的Montgomery Slatkin領銜的研究小組發現了一個特殊模式：今天撒哈拉以南地區的非洲人跟尼安德特人的關係比跟丹尼索瓦人的關係更近。但來自其他古老基因的證據顯示，這兩個古老人群與現代非洲人有相同的聯繫。在權衡可能性後，科學家認為他們可能發現了另一個幽靈人種。

　　謎題將被解開，研究人員推斷，如果丹尼索瓦人與在100多萬年前離開非洲且分離自人類、尼安德特人和丹尼索瓦人共同祖先的人種混合，那麼後來的丹尼索瓦人可能繼承了當今非洲人缺失的DNA序列，這解釋了為何尼安德特人更接近非洲人。

　　Reich小組正在分析擁有丹尼索瓦人DNA的人類的基因特徵，以便找出丹尼索瓦人何時與該神秘人種發生混合。Paabo實驗室的阿塔普埃爾卡山人基因研究也可能發現了線索。

　　面向大眾的古DNA

　　近年來，古遺傳學研究進入了Paabo實驗室等專業實驗室，但幾乎沒有發現能產生測序全部基因的足夠DNA。

　　情況正在改變。新程序意味著研究人員目前能從最為退化的樣本中獲得DNA，然後測序他們感興趣的部分基因組。「我很驚訝全世界只有這麼少的實驗室在做這些。」德國賓根大學古遺傳學家Johannes Krause說，「這不是複雜的事情。」在Paabo實驗室裡，Krause負責丹尼索瓦人研究。

　　漸漸地，新的研究人員正在進入該領域。Bustamante開玩笑道：「如果我能進入，那麼任何人都可以。」他的研究最初集中在現代人類的祖先。而幾年前，他接到一個有關木乃伊的電話。一個國際研究小組測序了冰人奧茨的基因，冰人奧茨是一具1991年發現於義大利提洛爾阿爾卑斯山的5300年前的冷凍屍體。研究人員想知道Bustamante是否能幫助他們弄清楚冰人的祖先。他們表示，奧茨與生活在撒丁島和科西嘉島的現代人的關係，比同歐洲中部人的關係更近，這表明，在他還活著時，歐洲人看起來與現在非常不同。

　　自那時起，Bustamante便進入古DNA世界。他的團隊正在測序記錄保加利亞農業出現、美國奴隸交易以及馴化狗等歷史的樣本。該研究小組正在開發新工具，從而使測序古DNA更便宜、更簡單。「我們想要該領域更民主化。」 Bustamante說。Reich實驗室對農業出現等人類歷史越來越感興趣。去年，Reich參與的研究小組發表了具有1550年~5500年歷史的364個歐洲樣本的線粒體DNA，以鑑定歐洲新石器時代的大規模人口遷移。

　　研究人員還轉向了30年前啟動的問題。Orlando小組開始測序70萬年前的馬類，他們還關心「更年輕」的樣本——斑驢。測序斑驢全部基因的努力是一個大項目的一部分，該項目旨在理解活著和滅絕的馬、斑馬與驢的進化史。「它顯示了該領域的進步。」Orlando說。