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    東西問丨張帆:古DNA如何破解“人類從何而來”?

    2023年04月06日 13:56    來源:中國新聞網

      中新社成都4月5日電 題:古DNA如何破解“人類從何而來”?

      ——專訪四川大學考古文博學院特聘副研究員張帆

      中新社記者 賀劭清

      現代人何時涉足青藏高原并永久定居?青藏高原人群如何適應高原環境?為破解這些謎團,中國科研團隊完成了迄今為止青藏高原采樣規模最大、覆蓋最廣的古DNA研究,還原了青藏高原5100年以來人群的遺傳演化與交流互動的歷史,于近日在國際學術期刊《科學進展》(Science Advances)在線發表。

      古DNA如何破解“人類從何而來”?中國學者在古DNA領域取得了哪些成果?為中國西南地區古代先民進行DNA研究面臨什么挑戰?四川大學考古文博學院特聘副研究員張帆近日接受中新社“東西問”獨家專訪,對此進行解讀。

      現將訪談實錄摘要如下:

      中新社記者:古DNA考古和傳統考古有什么不同?如何進行古DNA考古?

      張帆:和傳統考古學相比,古DNA是一個比較新的方向,它是利用現代分子生物學、生物信息學等技術對古代DNA分子進行提取和分析,再結合考古學、體質人類學、語言學等多學科證據進而研究人類起源、人群遷徙和混合、古微生物進化機制、古代社會的社會組織和結構等一系列考古學問題的新手段。

      在古DNA的研究過程中,最重要的一步就是古DNA分子的提取。整個流程包括人類骨骼樣本收集、材料前處理、樣本打磨成粉、對骨粉進行古DNA分子的提取、構建二代測序的DNA文庫、高通量測序以及后續大量的群體遺傳學分析等。

    張帆正在觀察一份人類骨骼樣本。張浪 攝

      中新社記者:科學家在古DNA研究方面取得了哪些成果?基因組測序與古人類研究為什么受到2022年諾貝爾生理學或醫學獎“青睞”?古DNA如何破解“人類從何而來”?

      張帆:近年來海內外在古DNA研究方面取得了突破。以中國為例,2020年,吉林大學崔銀秋教授團隊在國際學術期刊《Nature Communications》上發表了一篇非常有影響力的古DNA文章,樣本覆蓋了中國北方地區黃河、西遼河、黑龍江三大流域,是首次測定中國近6000年時間跨度下古代人群高精度全基因組,證實了中原地區人群的主體遺傳結構至少在仰韶文化時期就已奠定,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寧超研究員等人2021年發表在《Nature》上的一篇交叉學科論文,利用古DNA、語言學、考古學等方法研究發現,泛歐亞語系的源頭是約9000年前中國的一群農耕者,而亞洲東北部地區最初的農業發展是推動泛歐亞語擴散的潛在因素。

      2022年諾貝爾生理學或醫學獎授予斯萬特·帕博,以表彰他對已滅絕人種的基因組和人類進化的發現和研究,這也是古DNA研究主要的內容之一。斯萬特·帕博開創了古DNA的研究方法,將現代分子生物學技術引入考古學研究,建立了古DNA實驗的標準流程,保證了實驗的真實性和可靠性。斯萬特·帕博和他的同事不僅首次從已經滅絕的尼安德特人骨骼上獲取了DNA分子并進行測序,還通過DNA發現了一種以前不為人知的人種,就是丹尼索瓦人。

      利用現代DNA的方法,人們了解到“現代人走出非洲”這一重要理論,看到了不同地區古代人群的交流與融合,比如尼安德特人與現代人的混血,比如丹尼索瓦人對亞洲人群的兩次遺傳貢獻。從古DNA視角出發,可還原和追溯人類起源演化過程中的諸多細節。

      中新社記者:將古DNA技術運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出現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年就被生活在當地的羅布獵人發現,1934年瑞典考古學家貝格曼開展了對小河墓地的首次考古調查。

      1934年至今,小河墓地一直是世界考古學家、語言學家、遺傳學家關注的熱點。但由于尚未在歐亞草原其他地區發現類似文明,關于小河文化到底來自歐洲還是中亞,到底是西向還是東向,一直不得而知。

    羅布泊日落。任暉 攝

      早期體質人類學學者發現,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?脊艑W家通過對比小河墓地發現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。語言學家根據在羅布泊地區樓蘭遺址中發現的吐火羅文書認為羅布泊早期居民可能來自于講原始印歐語的歐亞草原人群,因為吐火羅語是原始印歐語中早期分離出的一支古老支系。以上研究認為小河文化可能來自歐亞大陸西部的印歐語系人群。

      但也有學者通過對比小河文化所處的沙漠綠洲環境和掌握的農業技術提出其可能來自中亞地區的巴克特里亞·馬爾吉亞納農業文明人群。在小河墓地中發現的大量麻黃也產出于該地區,進一步支持了該假說。

      我們利用全基因組測序技術對小河墓地、古墓溝墓地、克里雅河北方墓地中古代個體的全基因組數據分析后發現,距今4000年左右的小河人群并非來自歐洲或中亞,也不是歐羅巴人,而是來源于歐亞大陸東部地區非常古老的、距今兩萬年前的一種史祖人群。

      所以,小河文化體現了東西方交融的多元文化面貌,但從DNA的角度,小河人群的來源是東向的。我們推測羅布泊地區的沙漠環境可能阻隔了外來人群與小河人的遺傳交流,最終導致了小河文化人群的長期隔離。雖然小河人群的遺傳結構保持穩定,但小河文化受到了周邊地區多種文化的影響。

      小河人可能學習了歐亞草原西部畜牧人群陶器的形制特點制造了大量的草編簍;小河墓地中發現的大量產于中亞、近東地區的小麥和麻黃可能是通過貿易交流獲得;小河文化所使用的農業技術可能學習了中亞BMAC農業文明;另外小河墓地中也發現了小米作物,小米最早發現于黃河流域文明,暗示小河文化也受到了來自東部農業人群的文化影響。

    新疆小河墓地文物。確·胡熱 攝

      中新社記者:為中國西南地區古代先民進行DNA研究面臨什么挑戰?這一研究將回答哪些未解之謎?

      張帆:中國古DNA研究者取得了豐富成果,但大部分位于中國北方地區。因為中國北方較為寒冷,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,這對開展古DNA研究造成了極大挑戰。

      事實上,復雜的地理環境造就中國西南地區獨特的生物多樣性、民族多樣性和文化多樣性。但長期以來,學界對該區域如何從漫長的狩獵采集時代融入中國早期文明的進程尚不清楚。

      以三星堆、滇文化為代表的青銅文明橫空出世,刷新了對中國古代文明多樣性的認識。然而這些文化的源頭及流向目前還存在爭議,可嘗試利用古DNA方法解決這些問題。另外,古代的巴人與蜀人在DNA水平上到底有什么關聯,是否擁有共同的祖先,目前沒有定論,我想也可以嘗試從古DNA水平對此進行研究。(完)

      受訪者簡介:

       張帆,四川大學考古文博學院特聘副研究員,曾參與迄今止中國境內最大規模的古基因組研究,用古DNA構建新疆史前人群的遺傳起源與遷徙動態,在Nature、Nature communications、Current Biology等雜志上發表學術論文10余篇,主要研究方向為分子考古學。

    地址:北京市西城區阜外大街35號 郵編:100037 聯系方式:gqb@gqb.gov.cn

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