从沉积物中探寻古人类的秘密

　　10万年前，西班牙北部的一个洞穴里住着一群尼安德特人。这些尼安德特人白天出去狩猎、采集野果，夜晚则回到洞中，他们的生活还算安稳。后来，另外一批尼安德特人来到了这里。两批尼安德特人之间或许发生了激烈的冲突，又或许是和平交接，总之，那些新来的尼安德特人成为了这个洞穴的新主人，而原来的尼安德特人却不知去向……

　　藏在沉积物里的DNA

　　在一项持续了数年的研究中，德国马克斯·普朗克进化人类学研究所的研究人员在西班牙北部的查加尔斯卡亚洞穴的沉积物中检测到了尼安德特人的DNA，并完成了第一个从洞穴沉积物中提取的古代人类DNA的测序工作。通过DNA检测的结果，发现了查加尔斯卡亚洞穴中尼安德特人“更新换代”的事件。他们甚至还能通过沉积物中的DNA确定留下的尼安德特人的性别、大致年龄等信息。

　　长期以来，大多数研究人员都认为沉积物只是考古挖掘过程中不重要的副产品，如今看来，沉积物在考古发现中的作用可能比人们想象的更重要。事实上，最近几年的研究表明，沉积物中可能含有古老的生物分子，包括DNA。不过沉积物中的DNA与化石中的DNA一样，也有保存时间的限制等问题。一方面，随着时间的推移，DNA会降解。而且在一些地区，比如热带地区，由于环境的影响，降解速度会更快。另一方面，包括骨骼化石在内的样本中的DNA会受到周围其他物种的DNA的污染，很容易造成检测结果错误。

　　尽管如此，现在许多科学家还是认为，从沉积物中寻找古人类DNA可能比寻找古人类骸骨化石更可行，毕竟古人类的骨骼化石很难找，而在没有剧烈地质活动或人为破坏的情况下，沉积物通常会一直保存在那里，并且沉积物还能够很好地保存下DNA。DNA的磷酸基团使其带负电荷，因此能通过平衡电荷的离子桥吸附在矿物表面的水层上。而矿物表面可以通过阻碍进入反应位点来保护吸附的DNA分子免受水解反应的影响，或者矿物在DNA分子周围生长，并将其包裹起来，使DNA分子免受分解，因此得以保存下来。

　　在针对沉积物的实际研究中获得的成果为上述观点提供了支持证据。意大利维也纳大学的研究人员就在东欧的一个洞穴中发现了保存在石笋层中的古代哺乳动物和植物的DNA，这个石笋层已经有5.6万～8.4万年的历史。在俄罗斯的丹尼索瓦洞中，研究人员从沉积物中也发现了大量哺乳动物的DNA。在欧洲其他一些已知有古人类居住过的洞穴的土壤和沉积物中，研究人员也发现了尼安德特人和丹尼索瓦人的线粒体DNA片段。

　　这意味着，科学家们不必花费大量的时间去寻找稀有的古人类骨骼化石，而可以在曾有古人类活动的地点就地取材，带一些沉积物回到实验室做研究。如果碰巧所取的沉积物来自曾放置着远古人类腐烂的遗体的地层，或者古人类的厕所，那么成功获得古人类DNA的概率就更大了。

　　高科技来帮忙

　　检测古人类DNA的主要挑战是，随着时间的推移，DNA分子将通过多种机制逐渐分解，因此它们的长度会变短。研究显示，从沉积物中提取的DNA链的长度与化石中发现的DNA链没有太大差异，然而从沉积物中提取DNA更加困难。首先，与骨骼化石相比，沉积物样本中会包含许多其他东西，尤其是腐殖酸。腐殖酸是生物物质分解产生的长链分子的复杂混合物，能抑制DNA测序所需的酶促反应。其次，样本从原来的地层中采集后，可能被污染，导致检测结果不准确。既然有这些缺点，那还如何用沉积物来作研究呢?为了从沉积物中提取出可用的古人类DNA，科学家们请来了高科技帮手。

　　在沉积物样本保存方面，最近，一个国际科学家团队找到了一种新的方法，以将沉积物样本的污染减少到最低。他们将沉积物样本浸泡在合成聚酯树脂中，硬化之后制成块状的样本。这种方法的优点是能够长时间保存沉积物中的DNA，并且固化在聚酯树脂中，隔绝了污染源，能够避免样本被污染，此外，与松散的自然状态的沉积物相比，被固化在聚酯树脂中，沉积物中的DNA更加集中，更有利于研究人员做研究。不仅如此，聚酯树脂样本块制成之后，还能保证在考古遗址回填之后，科学家们仍有样本来进行研究。

　　在测序方法方面，科技也给科学家们提供了重要的帮助。在一些研究中，研究人员采用了一种叫做“鸟枪测序”的方法，这种方法也用来从骨骼或牙齿中提取DNA。所谓鸟枪测序法就是将沉积物样本中的所有DNA“敲碎”成小片段，进行随机测序，再将它们拼接到合适的测序载体中，形成更大的基因组片段。这就好像树上停着一群鸟，很多人乱枪射击，能够打中大部分鸟，因此被称为鸟枪测序法。这种方法主要用于对微生物进行测序，它的优点就是速度快。然而，要从含有大量微生物以及其他生物DNA的沉积物中“揪出”古人类的DNA，这种方法的优势就显示不出来了。

　　而更多的研究人员则使用一种叫做杂交捕获测序的方法。这种方法使用人为设计的探针与目标DNA片段匹配，使探针附着在磁性生物素分子上，将带标记的目标DNA分子取出进行测序，并能让研究人员捕捉到各种古人类和其他动物物种特征序列之间的突变或差异。近些年来，几乎所有古人类的DNA数据都是用这种方法检测出来的。

　　保存方法、测序方法有了，测序工具也有科技的加持。由于现有的商业测序试剂盒是为提取现代DNA样本而设计的，不适合用于提取古老的DNA残片。一些研究人员开发了使用缓冲剂、蛋白酶和离体盐的方式来提取古代DNA。缓冲剂可以分解物质，同时尽可能多地保存DNA，以及结合无机材料的化合物。这些步骤去除了古代DNA样本中的各种污染物。还有一些研究人员使用加热的方式分离DNA链，并提取有用的DNA片段。

　　如今，越来越多的科学家将目光投向了曾有古人类活动的洞穴沉积物，尽管古人类的遗骸已经消失，但是他们却在沉积物中留下了蛛丝马迹。而了解人类的进化历程，了解古人类的生活等有助于我们了解自身，了解一些古老病症的起源，并为此寻找有效的治疗方法。相信在科技的帮助下，在未来，科学家们会一点一点地为我们揭开古人类的隐秘生活。