識骨尋蹤！這項技術(shù)撥開數(shù)百年前歷史迷霧
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用沉睡千年的骨骼碎片揭開生命遷徙的足跡……這聽起來就炫酷的工作，是考古學、生命科學交叉融合而來的。當“舊”學科有了新“武器”，我們便有了一個全新的視角，來看待中華大地上這連綿不絕、精彩輝煌的文明。
早在1998年，吉林大學生命科學學院與考古系合作成立了國內(nèi)第一個專業(yè)的古DNA實驗室。在老一輩學人周慧、朱泓教授的帶領下，吉林大學古DNA實驗室在分子考古領域一直處于國際領先地位，在考古領域創(chuàng)造了一系列引人注目的成就。
值此中國現(xiàn)代考古百年之際，科技日報記者走進吉林大學古DNA實驗室，探尋這群用科技手段追溯中華文明起源的“尋寶人”。
識骨尋蹤 古DNA技術(shù)撥開歷史迷霧
考古是一門根據(jù)古代人類各種活動遺留下來的實物資料研究人類古代社會的學科。中華文明源遠流長，煌煌二十四史、通鑒、筆記等文字材料浩如煙海，古代的歷史有太多我們未知的謎團。
“古DNA技術(shù)是考古學的一種新工具，它能夠幫助我們破解許多謎題，”吉林大學考古學院蔡大偉教授說。
而河北沽源的梳妝樓就是很好的例子。梳妝樓位于沽源縣南溝村，是一座圓頂磚結(jié)構(gòu)建筑，頗具域外風貌。故老相傳，此樓是遼國蕭太后的行宮。明清史料《口北三廳志》也有類似記載。在晉劇中，還有一出名為《梳妝樓》的戲目，可見該傳說流傳之深遠。
2000年前后，考古工作者探明，梳妝樓實際上是一座結(jié)合了蒙元、波斯風格的元代貴族墓葬群。在墓葬中，還出土了之前僅見于史料記載的“樹棺”，墓主人以紅樹樁為槨，兩側(cè)各有一具棺槨陪伴。這也是全國唯一一座元代貴族的墓葬，對于研究元代歷史、宗教史、中西文化交流史都有著重要意義。
但一個更大的謎團隨之而來，困擾著我國考古界：墓主人究竟是誰？
由于多次被盜，墓室?guī)缀醣幌唇僖豢眨皇潜慌矂?，墓志銘也被砸成碎片。唯一可辨識的文字有“襄闊里吉思”“敕撰 翰”兩段。專家推測，闊里吉思可能是墓主人。但問題是，闊里吉思這個名字是元朝信仰景教的信徒們較為常用的名字，即英文中的George，在元代一般翻譯做闊里吉思、闊兒吉思或庫爾(而)古司，元史中，有名有姓的闊里吉思就有好幾位。
最終，學者們鎖定了三個目標：高唐王闊里吉思；忽必烈的孫子、安西王阿難答以及元順帝時期，謚號忠襄的貴族闊兒吉思。
吉林大學生命科學學院教授崔銀秋帶領的團隊，應用古DNA技術(shù)對梳妝樓元墓中的6個墳墓、13具尸骨進行了全基因測序，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這片墓地埋葬的蒙元貴族并非黃金家族的后裔，身邊的兩位女性有較近的血緣關系；負責測定同位素的科研小組也發(fā)現(xiàn)，墓主人生命中最后一段時間并沒有和家人在一起。
“同位素測定遵循了‘我食即我是’的原理，通過對古人遺骸各種組織的穩(wěn)定同位素分析，可以揭示其不同時段內(nèi)的食譜、生活狀態(tài)及生存環(huán)境，”崔銀秋告訴科技日報記者。
墓主人基因型與黃金家族相去甚遠，自然排除了阿難答；而闊兒吉思一生在朝廷任職，最后病死家中，也不符合；綜合這些線索墓主人最有可能是汪古部的首領闊里吉思。 闊里吉思是一代名將，先后娶了兩位皇室公主；他一生中大部分時間在東征西討，生命中最后的時光在西北平叛。史料記載，元成宗大德二年（公元1298年），闊里吉思在戰(zhàn)斗中被俘。元成宗想盡辦法營救未果，最終闊里吉思被殺害于卜羅（今新疆博樂境內(nèi)）。十余年后，他的兒子術(shù)安才將尸身運回安葬。
“我們就像拼圖一樣，當一條條線索匯聚，與史料記載嚴絲合縫的時候，那種喜悅之情真的很難用語言表達出來，”崔銀秋說。
尋找生命源頭的腳步永不停歇
早前，吉林大學考古學系已擁有較大的古人骨標本庫，時任考古系主任朱泓教授的體質(zhì)人類學研究在國內(nèi)考古學界也屬于領先地位。朱泓教授與之前從事分子生物學研究的周慧教授一道，共同創(chuàng)立了我國第一個古DNA實驗室。
崔銀秋是1999年來到古DNA實驗室的。20多年來腳踏實地的歷練，讓她從一名博士成長為一名具有國際聲譽的專家，也見證了科學技術(shù)給學科帶來的突破。
“古DNA研究的重要轉(zhuǎn)折點就是二代測序技術(shù)（NGS）的應用，解決了一代測序方法的許多局限性，提高了獲取數(shù)據(jù)進行進化分析的能力，”崔銀秋說。她打了個比方，一代測序好比軟盤，能夠承載的信息非常有限；而二代技術(shù)相當于移動硬盤，可以承載幾十T的數(shù)據(jù)。
有了數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)能力的進步也很關鍵。崔銀秋回憶，實驗室最早使用的是一臺2萬元的服務器，處理一個樣本基因組數(shù)據(jù)就需要耗費一周的時間?！巴瑯拥墓ぷ鳎F(xiàn)在用我身后的這臺機器最多只用2小時，”崔銀秋笑著介紹實驗室里“嬌貴”的寶貝——服務器集群。
這臺完全國產(chǎn)的設備對溫度、濕度都有要求，“我們大年三十都得先來看它，這樣才能安心回家，”崔銀秋說。
在吉林大學考古學院11樓，張帆博士介紹了古DNA實驗室的流程與設備。處理人骨、動物骨骼的設備分門別類，操作員必須佩戴防護裝備，經(jīng)由風淋室再進入。一份樣品，在這里經(jīng)過提取、擴增、測序等步驟，產(chǎn)出的數(shù)據(jù)才能供科研人員進行進一步的研究。
去年，崔銀秋團隊在《自然-通訊》發(fā)表研究性論文，以黃河流域、西遼河流域及黑龍江流域為重點研究區(qū)域，報道了55個中國北方古代人（距今7500—1700年）的全基因組數(shù)據(jù)，為探討中國文明起源、形成和發(fā)展提供了重要證據(jù)。
蔡大偉教授則利用古代動物DNA還原絲路文化交流，展現(xiàn)絲路大通道在東西方文化交流中的更多歷史細節(jié)?！巴ㄟ^對不同地區(qū)飼養(yǎng)的家畜進行DNA分析，能夠準確反映地區(qū)間的文化交流活動，是一個展現(xiàn)絲綢之路的形成與發(fā)展的全新視角，”蔡大偉教授說。
1998年古DNA實驗室建立以來，研究的地域包括新疆、甘肅、寧夏、青海、內(nèi)蒙古、黑龍江、吉林、遼寧、陜西、山西、河北、河南等地區(qū)20多個遺址500多個人類遺骸樣本，這些樣本的時間跨度達6000年。通過對已有準確考古文化屬性和遺址年代的墓葬中出土的人骨進行全基因組分析，科學家對整個中國北方古代人群的起源與遺傳結(jié)構(gòu)有了一個整體的認識。
考古竟還能在這些領域發(fā)揮作用
古DNA之所以提取困難，大體上有以下兩個原因。一是在自然環(huán)境中，DNA會被降解、破壞，這就導致古DNA基因序列片段比現(xiàn)代DNA更短，因此古DNA獲取比現(xiàn)代DNA也要更復雜；二是外源性污染。在上千年的自然環(huán)境中，種種不可控因素都有可能導致骨骼樣本被微生物、其他雜質(zhì)所污染，又把測序難度上升了一個層級。但人們很難想象，正是這兩項難點，卻讓分子考古的技術(shù)擴展到了看起來“八竿子打不到”的領域。
第一個是分子法醫(yī)學。刑事案件中有很多陳舊性樣本，但對古DNA研究來說，幾十年的樣本實在算不上“陳舊”，“畢竟我們這里日常測定的樣本一般都在2000年以上，”崔銀秋笑著說。目前崔銀秋的研究團隊已完成近千例的DNA相關的司法鑒定工作。
第二個成果就是病毒檢測領域。近日，吉林大學古DNA實驗室的一項成果剛剛通過了評審——新冠病毒檢測試劑盒的研發(fā)。
這個項目來自新冠疫情早期頻繁發(fā)生的假陽性結(jié)果?！按蟛糠旨訇栃越Y(jié)果很可能是病毒含量太低，而沒能檢測出來，”崔銀秋說。對低通量、短片段的基因檢測，又恰恰是古DNA實驗室的長項。于是，崔銀秋帶領團隊與吉林省疾病預防控制中心的吳東林主任的團隊合作，夜以繼日地展開攻關，最終成功研發(fā)出針對病毒含量超低樣本的檢測技術(shù)。
“更重要的是，我們已經(jīng)探索出一整套研發(fā)的流程和方法，希望能夠為公共衛(wèi)生事業(yè)做一些貢獻，”崔銀秋說。
科技日報記者 楊侖 來源：科技日報
編輯：張爽 審核：王小龍 終審：劉海英 責任編輯： 科普中國
